Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Схема человеческого сперматозоида

Сперма - это мужская репродуктивная клетка , или гамета , в анизогамных формах полового размножения (формах, в которых есть более крупная «женская» репродуктивная клетка и меньшая «мужская»). Животные производят подвижные сперматозоиды с хвостом , известным как жгутик , которые известны как сперматозоиды , в то время как некоторые красные водоросли и грибы производят без подвижных клеток спермы, известные как spermatia . [1] Цветковые растения содержат неподвижные сперматозоиды внутри пыльцы , в то время как некоторые базальные растения, такие как папоротники, а некоторыеголосеменные имеют подвижную сперму. [2]

Сперматозоиды образуют в процессе , известном как сперматогенез , который в амниот ( рептилий и млекопитающих ) происходит в семенных канальцах этих семенников . [3] Этот процесс включает производство нескольких последовательных предшественников сперматозоидов, начиная со сперматогоний , которые дифференцируются в сперматоциты . Затем сперматоциты подвергаются мейозу , уменьшая количество хромосом вдвое, что приводит к образованию сперматидов.. Затем сперматиды созревают и у животных образуют хвост или жгутик, который дает начало зрелым подвижным сперматозоидам. Весь этот процесс происходит постоянно и занимает около 3 месяцев от начала до конца.

Сперматозоиды не могут делиться и имеют ограниченную продолжительность жизни, но после слияния с яйцеклетками во время оплодотворения начинает развиваться новый организм, начиная с тотипотентной зиготы . Человеческий сперматозоид гаплоидный , так что его 23 хромосом могут присоединиться к 23 хромосомы женского яйца с образованием диплоидной клетки. У млекопитающих сперма хранится в придатке яичка и выделяется из полового члена во время эякуляции в жидкости, известной как сперма .

Слово « сперма» происходит от греческого слова σπέρμα , « сперма» , что означает «семя».

Видео сперматозоидов человека под микроскопом

Сперма у животных

Функция

Основная функция сперматозоидов - достичь яйцеклетки и слиться с ней, чтобы доставить две субклеточные структуры: (i) мужской пронуклеус , содержащий генетический материал, и (ii) центриоли, которые представляют собой структуры, которые помогают организовать цитоскелет микротрубочек .

Анатомия

Слияние спермы и яйцеклетки ( оплодотворение )
Размеры головки человеческого сперматозоида измерены у 39-летнего здорового человека.

Сперматозоид млекопитающих можно разделить на 2 части:

  • Голова: содержит ядро с плотно скрученными волокнами хроматина, окруженное спереди тонким сплющенным мешком, называемым акросомой , который содержит ферменты, используемые для проникновения в женское яйцо. Он также содержит вакуоли. [4]
  • Хвост: также называемый жгутиком , это самая длинная часть, способная к волнообразному движению, которое подталкивает сперматозоиды к плаванию и помогает проникать в яйцеклетку. [5] [6] [7] Раньше считалось, что хвост движется симметрично по спирали . Однако исследование 2020 года, проведенное Бристольским университетом, показало, что хвост движется более сложным образом, комбинируя асимметричные стоячие и бегущие волны, а также вращая все тело для достижения воспринимаемой симметрии. [8] [9]

Шейка или соединительный элемент содержит одну типичную центриоль и одну атипичную центриоль, например проксимальную центриоль-подобную . [10] [11] Средняя часть имеет центральную нитевидную сердцевину со множеством спиралевидных митохондрий, которые используются для выработки АТФ, проходящего через шейку матки , матку и маточные трубы женщины .

Во время оплодотворения сперма обеспечивает три основных части ооцита : (1) сигнальный или активирующий фактор, который вызывает активацию метаболически спящего ооцита; (2) гаплоидный отцовский геном ; (3) центриоль , которая отвечает за формирование системы центросомы и микротрубочек . [12]

Источник

Сперматозоиды животных продуцируются сперматогенезом внутри мужских половых желез ( яичек ) посредством мейотического деления. Первоначальный процесс получения сперматозоидов занимает около 70 дней. Процесс начинается с производства сперматогониев из предшественников зародышевых клеток . Они делятся и дифференцируются в сперматоциты , которые подвергаются мейозу с образованием сперматидов . На стадии сперматиды у сперматозоидов появляется привычный хвост. Следующий этап, когда он становится полностью зрелым, занимает около 60 дней, когда он называется сперматозоидом .[13] Сперматозоиды выводятся из мужского тела в жидкости, известной как сперма . Сперматозоиды человека могут выживать в женских репродуктивных путях более 5 дней после полового акта. [14] Сперма вырабатывается в семенных пузырьках , предстательной железе и уретральных железах .

В 2016 году ученые из Нанкинского медицинского университета заявили, что они искусственно получили клетки, напоминающие сперматиды мыши, из эмбриональных стволовых клеток мыши . Они вводили эти сперматиды в яйца мышей и производили детенышей. [15]

Качество спермы

Сперма человека окрашивается для проверки качества спермы

Сперма количество и качество являются основными параметрами в сперме качества , который является мерой способности спермы , чтобы достичь оплодотворения . Таким образом, в организме человека, она является мерой плодовитости в человеке . Генетическое качество спермы, а также ее объем и подвижность обычно снижаются с возрастом. [16] (См. Влияние возраста отца .)

Повреждения ДНК, присутствующие в сперматозоидах в период после мейоза, но до оплодотворения, могут быть восстановлены в оплодотворенной яйцеклетке, но если их не исправить, они могут иметь серьезные пагубные последствия для фертильности и развивающегося эмбриона. Сперматозоиды человека особенно уязвимы для атаки свободных радикалов и образования окислительного повреждения ДНК. [17] (см., Например, 8-оксо-2'-дезоксигуанозин )

Постмейотическая фаза сперматогенеза мышей очень чувствительна к генотоксическим агентам окружающей среды, потому что по мере того, как мужские половые клетки образуют зрелые сперматозоиды, они постепенно теряют способность восстанавливать повреждения ДНК. [18] Облучение мышей-самцов во время позднего сперматогенеза может вызвать повреждение, которое сохраняется в течение не менее 7 дней в оплодотворяющих сперматозоидах, а нарушение путей восстановления двухцепочечных разрывов материнской ДНК увеличивает хромосомные аберрации, происходящие из сперматозоидов. [19] Лечение мышей-самцов мелфаланом , бифункциональным алкилирующим агентом, часто используемым в химиотерапии, вызывает повреждения ДНК во время мейоза, которые могут сохраняться в неизлеченном состоянии по мере того, как зародышевые клетки проходят через компетентные к репарации ДНК фазы сперматогенного развития. [20] Такие неизлечимые повреждения ДНК в сперматозоидах после оплодотворения могут привести к появлению у потомства различных аномалий.

Размер спермы

С качеством спермы зависит размер сперматозоидов, по крайней мере, у некоторых животных. Например, сперматозоиды некоторых видов плодовых мух ( Drosophila ) достигают 5,8 см в длину - примерно в 20 раз длиннее самой мухи. Более длинные сперматозоиды лучше, чем их более короткие аналоги, вытесняют конкурентов из семеприемника самки. Польза для женщин заключается в том, что только здоровые мужчины несут «хорошие» гены, которые могут производить длинные сперматозоиды в достаточных количествах, чтобы конкурировать со своими конкурентами. [21] [22]

Рынок человеческой спермы

Некоторые банки спермы вмещают до 170 литров (37 галлонов США; 45 галлонов США) спермы. [23]

Помимо эякуляции , с помощью TESE можно извлекать сперму .

На мировом рынке Дания имеет хорошо развитую систему экспорта человеческой спермы. Этот успех в основном происходит от репутации датских доноров спермы для того высокого качества [24] и, в отличии от закона в других странах Северной Европы, дает донорам выбор быть либо анонимным или Неанонимным к приемному паре. [24] Кроме того, нордические доноры спермы, как правило, высокие и высокообразованные [25] и имеют альтруистические мотивы для их донорства [25], частично из-за относительно низкой денежной компенсации в северных странах. Импортерами датской спермы являются более 50 стран мира, в том числе Парагвай , Канада , Кения., и Гонконг . [24] Тем не менее, за продуктами и лекарствами (FDA) США запретила ввоз любой спермы, мотивированного риск передачи болезни Крейтцфельдта-Якоба , хотя такой риск невелик, так как искусственное осеменение очень отличается от путь передачи болезни Крейтцфельдта – Якоба . [26] Распространенность болезни Крейтцфельдта – Якоба среди доноров составляет не более одного на миллион, и, если бы донор был носителем, инфекционные белки все равно должны были бы пересечь барьер кровь-яички, чтобы сделать возможной передачу. [26]

История

Сперму впервые обнаружил в 1677 году Антони ван Левенгук [27] с помощью микроскопа . Он описал их как животныхкулов (маленьких животных), вероятно, из-за своей веры в преформизм , который считал, что каждая сперма содержит полностью сформированного, но маленького человека. [ необходима цитата ]

Криминалистический анализ

Эякулирующие жидкости обнаруживаются ультрафиолетом независимо от структуры или цвета поверхности. [28] Головки сперматозоидов, например, из вагинальных мазков, по-прежнему обнаруживаются с помощью микроскопии с использованием метода «пятна от рождественской елки», то есть окрашивания Кернехтрот-Пикроиндигокармин (KPIC). [29] [30]

Сперма в растениях

Сперматозоиды водорослей и многих гаметофитов растений продуцируются мужскими гаметангиями ( антеридиями ) посредством митотического деления. У цветковых растений ядра сперматозоидов образуются внутри пыльцы . [ необходима цитата ]

Подвижные сперматозоиды

Подвижные сперматозоиды водорослей и бессемянных растений [31]

Подвижные сперматозоиды обычно перемещаются через жгутики и нуждаются в водной среде, чтобы подплыть к яйцеклетке для оплодотворения. У животных большая часть энергии для подвижности сперматозоидов происходит за счет метаболизма фруктозы, переносимой семенной жидкостью . Это происходит в митохондриях, расположенных в средней части сперматозоида (у основания головки сперматозоида). Эти клетки не могут плавать назад из-за характера их движения. Одноклеточные сперматозоиды (с одним жгутиком) животных называются сперматозоидами , и, как известно, они различаются по размеру. [ необходима цитата ]

Подвижные сперматозоиды также производятся многими протистов и гаметофита из мхов , папоротников и некоторых голосеменных , таких как саговники и гинкго . Сперматозоиды - единственные жгутиковые клетки в жизненном цикле этих растений. У многих папоротников и ликофитов , саговников и гинкго они имеют несколько жгутиков (несут более одного жгутика). [31]

У нематод сперматозоиды амебовидные и ползут, а не плавают, к яйцеклетке. [32]

Неподвижные сперматозоиды

Клетки Non-подвижных сперматозоидов называется spermatia отсутствие жгутиков и , следовательно , не может плавать. Спермации производятся в сперматангиуме . [31]

Поскольку сперматозоиды не умеют плавать, их перенос в яйцеклетку зависит от окружающей среды. Некоторые красные водоросли , такие как полисифония , производят неподвижные сперматозоиды, которые после высвобождения распространяются водными потоками. [31] Сперматозоиды ржавчинных грибов покрыты липким веществом. Они производятся в структурах в форме колб, содержащих нектар , которые привлекают мух, которые переносят сперматозоиды в близлежащие гифы для оплодотворения по механизму, аналогичному опылению насекомыми у цветущих растений . [33]

Сперматозоиды грибов (также называемые пикниоспорами, особенно у Uredinales) можно спутать с конидиями . Конидии - это споры, которые прорастают независимо от оплодотворения, тогда как сперматозоиды - это гаметы , необходимые для оплодотворения. У некоторых грибов, таких как Neurospora crassa , сперматозоиды идентичны микроконидиям, поскольку они могут выполнять обе функции оплодотворения, а также давать начало новым организмам без оплодотворения. [34]

Ядра спермы

Почти у всех эмбриофитов , включая большинство голосеменных и все покрытосеменные , мужские гаметофиты ( пыльцевые зерна ) являются основным способом распространения , например, через ветер или опыление насекомыми , что устраняет необходимость в воде для преодоления разрыва между самцом и самкой. Каждое пыльцевое зерно содержит сперматогенную (генеративную) клетку. Как только пыльца попадает на рыльце восприимчивого цветка, он прорастает и начинает прорастать пыльцевую трубку через плодолистик . Прежде, чем трубка достигнет семяпочки, ядро ​​генеративной клетки в пыльцевом зерне делится и дает начало двум ядрам сперматозоидов, которые затем выводятся через трубку в яйцеклетку для оплодотворения. [31]

У некоторых протистов в оплодотворении также участвуют ядра сперматозоидов , а не клетки, мигрирующие к яйцеклетке через трубку для оплодотворения. Оомицеты образуют ядра сперматозоидов в синцитическом антеридии, окружающем яйцеклетки. Ядра сперматозоидов достигают яйцеклетки через трубки для оплодотворения, аналогично механизму пыльцевых трубок у растений. [31]

Центриоли сперматозоидов

Большинство сперматозоидов имеют центриоли в шейке сперматозоида. [35] Сперма многих животных имеет 2 типичных центриоля, известных как проксимальная центриоль и дистальная центриоль. У некоторых животных, таких как человек и крупный рогатый скот, есть одна типичная центриоль, известная как проксимальная центриоль, и вторая центриоль с атипичной структурой. [10] У мышей и крыс нет узнаваемых центриолей сперматозоидов. У плодовой мушки Drosophila melanogaster есть единственная центриоль и атипичная центриоль, названная Проксимальной центриоли- подобной (PCL). [36]

Формирование хвоста спермы

Хвост спермы - это особый тип ресничек (также известный как жгутики). У многих животных хвост спермы формируется уникальным способом, который называется цитозольным цилиогенезом , поскольку вся или часть аксонемы хвоста сперматозоида формируется в цитоплазме или подвергается воздействию цитоплазмы. [37]

Смотрите также

  • Эякуляция
  • Женская сперма
  • Хранение женской спермы
  • Менделирующее наследование
  • Полиспермия
  • Конкуренция спермы
  • Донорство спермы
  • Гранулема спермы
  • Сперматогенез
  • Сперматозоид

Рекомендации

  1. ^ "Определение и значение Spermatium | Словарь английского языка Коллинза" . www.collinsdictionary.com . Проверено 20 февраля 2020 .
  2. Перейти ↑ Kumar, Anil (2006). Ботаника для степени голосеменных (Многоцветный ред.). С. Чанд Паблишинг. п. 261. ISBN. 978-81-219-2618-8.
  3. ^ "Репродуктивная система животных - Мужские системы" . Британская энциклопедия . Проверено 20 февраля 2020 .
  4. ^ Boitrelle, F; Guthauser, B; Alter, L; Байи, М; Wainer, R; Виалар, F; Альберт, М; Сельва, Дж (2013). «Природа вакуолей головы сперматозоидов человека: систематический обзор литературы» . Базовый Клин Андрол . 23 : 3. DOI : 10,1186 / 2051-4190-23-3 . PMC 4346294 . PMID 25780567 .  
  5. Перейти ↑ Fawcett, DW (1981) Sperm Flagellum. В кн .: Клетка. DW Fawcett. Филадельфия, компания WB Saunders. 14: стр. 604-640.
  6. ^ Lehti, MS и А. Сиронен (2017). «Формирование и функция структур хвоста сперматозоидов в связи с дефектами подвижности сперматозоидов». Би
  7. ^ Исидзима, Сумио; Ошио, Сигеру; Мохри, Хидео (1986). « Жгутиковые движения сперматозоидов человека ». Исследование гамет . 13 (3): 185–197. DOI : 10.1002 / mrd.1120130302 .
  8. Уилсон, Клэр (31 июля 2020 г.). «У спермы странный способ плавать, и мы заметили это только через 300 лет» . Новый ученый .
  9. ^ Gadelha, Hermes; Эрнандес-Эррера, Пауль; Монтойя, Фернандо; Дарсон, Альберто; Коркиди, Габриэль (июль 2020 г.). «Человеческая сперма использует асимметричные и анизотропные жгутиковые регуляторы для регулирования симметрии плавания и управления клетками» . Успехи науки . 6 (31): eaba5168. DOI : 10.1126 / sciadv.aba5168 . PMC 7399739 . PMID 32789171 .  
  10. ^ а б Фишман, Эмили Л; Джо, Кён; Nguyen, Quynh P.H; Конг, Донг; Ройфман, Рэйчел; Cekic, Anthony R; Ханал, Сушил; Миллер, Энн Л; Симерли, Кальвин; Шаттен, Джеральд; Лончарек, Ядранка; Меннелла, Вито; Авидор-Рейсс, Томер (2018). «Новая атипичная центриоль сперматозоидов функционирует во время оплодотворения человека» . Nature Communications . 9 (1): 2210. Bibcode : 2018NatCo ... 9.2210F . DOI : 10.1038 / s41467-018-04678-8 . PMC 5992222 . PMID 29880810 .  
  11. ^ Blachon, S; Цай, X; Робертс, К. А; Ян, К; Поляновский, А; Церковь, А; Авидор-Рейсс, Т. (2009). «Проксимальная центриоль-подобная структура присутствует в сперматидах дрозофилы и может служить моделью для изучения дупликации центриолей» . Генетика . 182 (1): 133–44. DOI : 10.1534 / genetics.109.101709 . PMC 2674812 . PMID 19293139 .  
  12. ^ Hewitson, Лаура и Шаттен, Gerald P. (2003). «Биология оплодотворения у человека» . В Патрицио, Паскуале; и другие. (ред.). Цветной атлас вспомогательной репродукции человека: лабораторные и клинические исследования . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 3. ISBN 978-0-7817-3769-2. Проверено 9 ноября 2013 .
  13. ^ Сперма и качество спермы
  14. ^ Гулд, JE; Оверстрит, JW; Hanson, FW (1984). «Оценка функции спермы человека после выхода из женского репродуктивного тракта» . Биология размножения . 31 (5): 888–894. DOI : 10.1095 / biolreprod31.5.888 . PMID 6518230 . 
  15. ^ Сираноски, Дэвид (2016). «Исследователи утверждают, что приготовили искусственную сперму мыши в чашке». Природа . DOI : 10.1038 / nature.2016.19453 . S2CID 87014225 . 
  16. ^ Гуревич, Рэйчел (2008-06-10). "Влияет ли возраст на мужскую фертильность?" . About.com . Проверено 14 февраля 2010 года .
  17. ^ Гаврилюк D, Aitken RJ (2015). «Повреждение ДНК сперматозоидов, опосредованное реактивными видами кислорода: его влияние на репродуктивную способность человека и траекторию здоровья потомства». Роль мужчин в потере беременности и неудачной имплантации эмбриона . Успехи экспериментальной медицины и биологии. 868 . С. 23–47. DOI : 10.1007 / 978-3-319-18881-2_2 . ISBN 978-3-319-18880-5. PMID  26178844 .
  18. ^ Marchetti F, Wyrobek AJ (2008). «Снижение репарации ДНК во время спермиогенеза мышей приводит к накоплению наследственных повреждений ДНК» . Ремонт ДНК . 7 (4): 572–81. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2007.12.011 . PMID 18282746 . 
  19. ^ Маркетти F, J эсеры, Kanaar R, Wyrobek AJ (2007). «Нарушение репарации материнской ДНК увеличивает хромосомные аберрации, происходящие из сперматозоидов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (45): 17725–9. Bibcode : 2007PNAS..10417725M . DOI : 10.1073 / pnas.0705257104 . PMC 2077046 . PMID 17978187 .  
  20. ^ Маркетти Р, Бишоп Дж, Джинджерич Дж, Wyrobek AJ (2015). «Повреждение мейотической межцепочечной ДНК ускользает от отцовской репарации и вызывает хромосомные аберрации в зиготе из-за неправильного материнского ремонта» . Научные отчеты . 5 : 7689. Bibcode : 2015NatSR ... 5E7689M . DOI : 10.1038 / srep07689 . PMC 4286742 . PMID 25567288 .  
  21. ^ Люпольд, Стефан; Манье, Молли К.; Пуниамурти, Налини; Шофф, Кристофер; Стармер, Уильям Т; Люпольд, Шеннон Х. Бакли; Белот, Джон М; Питник, Скотт (2016). «Как половой отбор может стимулировать эволюцию дорогостоящих украшений спермы» . Природа . 533 (7604): 535–8. Bibcode : 2016Natur.533..535L . DOI : 10.1038 / nature18005 . PMID 27225128 . S2CID 4407752 .  
  22. Перейти ↑ Gardiner, Jennifer R (2016). «Чем больше, тем лучше» . Природа . 533 (7604): 476. DOI : 10.1038 / 533476a . PMID 27225117 . 
  23. ^ Sarfraz Мансур (2 ноября 2012). «Заходите внутрь: крупнейший в мире банк спермы» . Хранитель . Проверено 4 августа 2013 года .
  24. ^ a b c Вспомогательная репродукция в странах Северной Европы ncbio.org
  25. ^ a b Правила FDA блокируют импорт ценной датской спермы Опубликовано 13 августа, 08 7:37 CDT в журнале World, Science & Health
  26. ^ a b Стивен Котлер (26 сентября 2007 г.). «Бог спермы» .
  27. ^ «Хронология: вспомогательная репродукция и контроль рождаемости» . CBC News . Проверено 6 апреля 2006 .
  28. ^ Фидлер, Аня; Редорф, Джессика; Хильберс, Флориан; Джордан, Лена; Стрибл, Карола; Бенеке, Марк (2008). «Обнаружение спермы (человека и кабана) и слюны на тканях с помощью очень мощного источника ультрафиолетового / видимого света» . Открытый судебно-медицинский журнал . 1 : 12–15. DOI : 10.2174 / 1874402800801010012 .
  29. ^ Аллери, J. P; Telmon, N; Mieusset, R; Блан, А; Руже, Д. (2001). «Цитологическое определение сперматозоидов: сравнение трех методов окрашивания». Журнал судебной медицины . 46 (2): 349–51. DOI : 10,1520 / JFS14970J . PMID 11305439 . 
  30. ^ Полиция штата Иллинойс / Инициатива ДНК президента. «Инициатива президентов по ДНК: идентификация пятен спермы: Kernechtrot» (PDF) . Проверено 10 декабря 2009 .
  31. ^ a b c d e f Рэйвен, Питер Х .; Рэй Ф. Эверт; Сьюзан Э. Эйххорн (2005). Биология растений, 7-е издание . Нью-Йорк: WH Freeman and Company Publishers. ISBN 0-7167-1007-2.
  32. ^ Bottino D, Могильнер , Робертс Т, Стюарт М, Остер G (2002). «Как ползут сперматозоиды нематод». Журнал клеточной науки . 115 (Pt 2): 367–84. PMID 11839788 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  33. ^ Сумбали, Гита (2005). Грибы . Alpha Science Int'l Ltd. ISBN 1-84265-153-6.
  34. ^ Махешвари R (1999). «Микроконидии Neurospora crassa». Генетика и биология грибов . 26 (1): 1–18. DOI : 10.1006 / fgbi.1998.1103 . PMID 10072316 . 
  35. ^ Авидор-Рейсс, Т; Хире, А; Фишман, Э.Л .; Джо, К. Х. (2015). «Атипичные центриоли при половом размножении» . Front Cell Dev Biol . 3 : 21. DOI : 10,3389 / fcell.2015.00021 . PMC 4381714 . PMID 25883936 .  
  36. ^ Blachon, S .; Cai, X .; Робертс, Калифорния; Ян, К .; Поляновский, А .; Церковь, А .; Авидор-Рейсс, Т. (май 2009 г.). «Проксимальная центриоль-подобная структура присутствует в сперматидах дрозофилы и может служить моделью для изучения дупликации центриолей» . Генетика . 182 (1): 133–44. DOI : 10.1534 / genetics.109.101709 . PMC 2674812 . PMID 19293139 .  
  37. ^ Авидор-Рейсс, Томер; Леру, Мишель Р. (2015). «Общие и отдельные механизмы компартментализованного и цитозольного цилиогенеза» . Текущая биология . 25 (23): R1143–50. DOI : 10.1016 / j.cub.2015.11.001 . PMC 5857621 . PMID 26654377 .  
  • Fawcett, DW (1981) Sperm Flagellum. В кн .: Клетка. DW Fawcett. Филадельфия, компания WB Saunders. 14: стр. 604–640.
  • Лехти, М.С. и А. Сиронен (2017). «Формирование и функция структур хвоста сперматозоидов в связи с дефектами подвижности сперматозоидов». Биол Репрод 97 (4): 522–536.

внешняя ссылка

  • Великая гонка спермы pdf
  • Сперма человека под микроскопом