Запліднення

Запліднення — фізіологічний процес, що полягає в злитті і взаємній асиміляції — дисиміляції гамет. Зрілі чоловічі статеві клітини відзна­чаються високим рівнем окисних процесів, здатністю вбирати значну кількість кисню. Цього не спостерігають у зрілих яйцеклітинах.

Зигота, що утворюється в результаті злиття чоловічої і жіночої га­мет, стає біологічно суперечливим живим тілом, бо об'єднує відмінності (суперечності) батьківської і материнської клітин. Це робить зиготу, що перетворюється незабаром у зародок, а потім у складний організм, дже­релом розвитку (Лисенко).

Як правило, ні сперматозоїд, ні яйце не можуть розвиватися і перетворюватися в новий організм без процесу запліднення. Проте в природі відомі випадки, коли відбу­вається розвиток незаплідненого яйця (партеногенез). Він був відомий Левенгуку (партеногенез літніх поколінь тлі). Він відомий у бджіл і деяких інших нижчих тва­рин. У 1886 р. Тихомиров показав можливість утворення штучного партеногенезу. Під­даючи яйця тутового шовкопряда діянню механічних, хімічних та інших подразників, він значно підвищив процент яєць, що розвиваються без запліднення. Штучний парте­ногенез тепер відомий і у ссавців, однак при цьому виявлено тільки початкові стадії дроблення

Слід пам'ятати, що партеногенез — проста стимуляція розвитку яйця. Запліднен­ня— складний біологічний процес.

У ссавців процес запліднення вивчають, спостерігаючи за поведін­кою статевих гамет після їх виведення з організму або ж досліджують послідовні стадії розвитку запліднених яєць безпосередньо в яйцепрово­дах (зрозуміло, вивчають убиті яйцеклітини).

Стадії запліднення. В заплідненні у вищих ссавців, за Миловановим і Соколовською, відмічають якісно різні стадії (мал. 203): 1) підготовку яйця до заглиблення сперматозоїдів; 2) входження сперматозоїдів в яй­цеклітину, 3) взаємну асиміляцію материнської і батьківської статевих клітин, 4) злиття ядер чоловічої і жіночої гамет.

При осіменінні в статеві шляхи вводиться, як Оказано, велика кіль­кість сперміїв. Для того, щоб сталося запліднення, потрібен певний оп­тимум числа сперматозоїдів. Запліднення, як показано в дослідах на Кроликах, не буває при введенні в статеві шляхи самки дуже малої або дуже великої кількості чоловічих клітин. Це явище з'ясувалося після того, як було вивчено поза організмом яйцеклітини крільчих, осіменених різними дозами сперми.

Як зазначалось, яйця крільчихи виходять з яєчника, оточені оболон­ками. Якщо крільчиха осіменялась оптимальною кількістю сперматозої­дів, то її яйцеклітини вже через 2—3 години звільнялись від променисто­го вінця. При малій кількості сперматозоїдів цей процес, який слід вва­жати початком запліднення, різко сповільнюється.

Після виходу з фолікула фолікулярні клітини, які живили яйце в яєчнику, скоро втрачають живильну функцію. Яйцеклітини можуть звіль­нитися від фолікулярних клітин і тоді, коли сперматозоїдів нема, але тільки через 16—17 годин після спаровування. Однак на цей час яйцеклітини вже відмирають. У тварин з матковим типом осіменіння (коби­ли, свині) яйця дуже швидко звільняються від клітин променистого він­ця від впливу сперматозоїдів. Процес звільнення яйця від клітин проме­нистого вінця триває довше, ніж процес розсіювання клітин яйценосного горбка.

Дуже велика кількість сперматозоїдів розріджує і губить яйце. Те саме було встановлено щодо яйцеклітин свині: як при недостатній, так і при надмірній кількості сперматозоїдів процент запліднення низький. Очевидно, для кожного виду тварин існує свій фізіологічний оптимум кількості сперматозоїдів, потрібний для запліднення.

Те, що тут важливу роль відіграє саме кількість сперматозоїдів, по­казує такий дослід. Якщо замінити велику частину сперматозоїдів кро­лика “чужими” сперміями, наприклад, бика або барана, але так, щоб загальна кількість сперматозоїдів була оптимальною, і такою мішаною спермою осіменяти крільчих, то процент запліднення буде високий. З цього факту можна зробити і практичні висновки. Тварин успішно осі-меняють спермою з деякою домішкою “чужорідних” сперматозоїдів. Це дає можливість зберегти сперму цінного плідника.

Чужорідні сперматозоїди не можуть проникати всередину яйцеклі­тини. Досліди осіменіння чужорідною спермою показали, що в деяких випадках при цьому спостерігаються перші стадії дроблення яйця, але потім зародок гине. Роль сперматозоїдів на перших стадіях зводиться тільки до підготовки яйцеклітини, до звільнення її від променистого вінця (принаймні у кроликів). Цей процес є ферментативним. Спермато­зоїди ссавців виділяють ферменти, серед них фермент гіалуронідазу, який деполімеризує (розріджує) гіалуронову кислоту драглистої речо­вини. яка з'єднує між собою клітини променистого вінця. Ця кислота також входить до складу прозорої оболонки і цитоплазми яйця.

На відміну від першого етапу запліднення, вхід сперматозоїдів в яй­цеклітину є специфічним процесом, бо в яйце проникають тільки сперма­тозоїди того самого виду або близьких видів тварин. Спеціального отво­ру в яйці ссавця для проходження сперміїв не існує, вони можуть про­никнути через будь-яке місце прозорої оболонки. Проте проникнення сперматозоїдів можливе через отвори в прозорій оболонці, в які раніше проходили відростки фолікулярних клітин (стор. 330). Через прозору оболонку входить не один сперматозоїд, а від кількох одиниць до кіль­кох десятків, які скупчуються в навколожовтковому просторі. Наприк­лад, у заплідненні яйця вівці бере участь до 90 сперматозоїдів, з них у навколожовтковий простір проникає два-три десятки сперміїв. Отже, поліспермія властива не тільки тваринам, які мають яйця, багаті на жовток (комахам, плазунам, птиці), але й ссавцям. Всередину яйцеклі­тини проникає головка та інші частини спермія. Проникнення спермато­зоїдів в яйцеклітину викликає ЇЇ дозрівання: вихід другого полярного тільця. Кілька сперматозоїдів проникають далі через жовткову оболонку в тіло яйцеклітини. Жовткова оболонка при цьому трохи стискається.

Процес проникнення сперматозоїдів в яйцеклітину здійснюється по­слідовно і поступово. У кролика це відбувається приблизно через годину після овуляції. Принаймні, на цей час у заплідненому яйці можна вже виявити два пронуклеуси (ядра). Пройшовши через прозору оболонку, сперматозоїди негайно прокладають собі шлях у тіло клітини, але мо­жуть деякий час перебувати в міжжовтковому просторі.

При реакції сперматозоїдів з тілом яйця вступають в дію окисні ферменти, бо після запліднення окисні процеси в яйці посилюються.

Сперматозоїд у кілька десятків тисяч раз менший, ніж яйце. Перед злиттям батьківської і материнської клітин головка сперматозоїда знач­но збільшується — до розмірів ядра яйця: сперматозоїд асимілює про­топлазму яйцеклітини. Рухові ядер, можливо, сприяє та сама гіалуро-нідаза. Хвіст і тіло сперматозоїда руйнуються ферментами яйця, а по­тім асимілюються протоплазмою яйцеклітини. Нею ж асимілюються і інші сперматозоїди, що проникли в яйце. На дальших стадіях дроблен­ня сперматозоїди проникають в зародок, який перетворює їх у речовину свого тіла.

Відмічено, що зрілі чоло'вічі і жіночі гамети хребетних відрізняються одні від одних вмістом дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) в ядрах: ядро сперматозоїда містить багато ДНК, а в ядрі зрілого яйця її нема; таким чином, у процесі запліднення хребетних тварни сперматозоїд вносить в яйцеклітину ДНК. Очевидно, це має значен­ня для початку дроблення зиготи. Припускають, що при партеногенетичному розмно­женні концентрація ДНК збільшується внаслідок переходу рибонуклеїнової кислоти в ДНК (досліди Сергєєва).

За поведінкою чоловічого і жіночого пронуклеусів можна було спостерігати на мишах після того як сперма самця була помічена радіоактивним вуглецем (С¹⁴).

У дослідах Логінової було показано, що яйцеві клітини кози можуть заплідню­ватися сперматозоїдами барана. Однак гібридний зародок після свого прикріплення до слизової оболонки матки, пройшовши перші стадії розвитку, приблизно на 35-й день відмирає. Яйцеві клітини вівці можуть бути запліднені сперміями козла при умові, коли до його сім'я буде додано мертве сім'я барана.

У дослідах Меркур'євої, а також Лебедєва кури породи ньюгемпшир спаровува­лися з півнями породи австролорп і віандот (ці породи різко відрізняються забарвлен­ням пір'я, формою гребеня та іншими ознаками). Перше покоління, а в дослідах Ле­бедєва друге покоління, одержане в результаті схрещування, успадкувало ознаки однієї і другої статі. Те саме буває, ко­ли в запліднене півнем однієї породи куряче яйце ввести додатково спер­матозоїди півня іншої породи. Успад­ковування однією особиною ознак двох батьків було одержано і на сви­нях. Матки великої білої породи схре­щувалися методом подвійного покрит­тя з беркшірами і кнурами породи а уп ландрас. Аналіз потомства показав, *§ що в заплідненні окремих яйцеклітин брала участь сперма обох плідників.

Явища “двобатьківства” і “бага-тобатьківства”, що мають місце при поліспермному осіменінні самок мі­шаним сім'ям, не означають злиття з ядром яйця більше одного сперма­тозоїда. Сперматозоїди, що додатко­во проникли в яйце, впливають на розвиток зародка за типом впливу пластичних речовин при вегетативній гібридизації рослин. (Куш'нер).

Запліднення відбувається в яйцепроводі. Просуваючись по яйцепроводу, зигота у кро­лика вкривається шаром муци-

ну, що його виділяє слизова оболонка яйцепроводу, і через 3—4 дні ви­ходить у ріг матки. Яйцеві клітини корови, свині, вівці не вкриваються в яйцепроводах муциновою оболонкою.

Яйцеклітина просувається по яйцепроводу досить швидко. Тому при осіменінні самки після овуляції процес злиття гамет відбувається іноді в нижній половині яйцепроводу.

В лабораторії Милованова виявлено, що рівень дисиміляції (вбиран­ня кисню) в яйці при заплідненні змінюється: він збільшується в три ра­зи в момент входження спермї'ів- в яйце.к.пітину в порівнянні з стадією спокою. Одержувана енергія, очевидно, потрібна для перетворення яйця в зиготу.

Час від запліднення до початку дроблення неоднаковий у різних тварин. Неоднакова і швидкість дроблення (мал. 204).

Незапліднені яйцеклітини руйнуються, очевидно, в рогах матки.

Процес запліднення у різних видів тварин відбувається не завжди так, як описа­но вище. За допомогою фазовоконтрастного мікроскопа удалося відмітити в яйцях щурів і кішок, які зберегли променистий вінець, сперматозоїди. Можливо, що гіалуро-нідаза зумовлює проникнення через прозору оболонку яйця окремих сперматозоїдів без попереднього звільнення яйцеклітини від променистого вінця.

Після осіменіння самок сперматозоїди направляються не тільки в яйцепроводи, але і в глибокорозміщені тканини матки, які активно вбирають їх. При цьому підвищується гіалуронідазна активність тканин. Біологічне значення такого явища полягає в глибшій зміні обміну речовин у материнському організмі, цілковитому і тісному з'єднанні в за­родку, що розвивається, материнських і батьківських властивостей (досліди Геніна). А розпушення тканини матки внаслідок розрідження міжклітинної речовини гіалуро-нідазою сприяє прикріпленню бластоцисти.

У дослідах Милованова, Шергіна, Короткова та інших показано, що для запліднюючої сили сперматозоїдів має значення обмін речовин у них. Сперматозоїди, витримані добу в середовищі, насиченому киснем, дали потомство далеко стійкіше і більше розмірами, ніж кролики і вів­ці, одержані від сперматозоїдів, витриманих у водні.

Вибірність запліднення. Материнські статеві клітини запліднюють­ся не будь-якою батьківською клітиною, а вибраними сперматозоїдами.

Запліднення — не випадкове поєднання між собою гамет, а вибірний процес взаємної асиміляції. Крільчихи породи шиншила і породи аляска осіменялися мішаною (в рівних кількостях) спермою самців цих же по­рід. Самки і самці однієї і тієї ж породи були між собою близько спо­ріднені. Виявилося, що потомство у великій кількості успадкувало озна­ки батька іншої, ніж мати, породи. Отже, взаємно асимілюються пере­важно менше споріднені статеві клітини. Ця вибірність слабко виявляє­ться лише в тому разі, коли в мішаній спермі є тільки незначна кіль­кість сперматозоїдів іншої породи. Але досить до сперми самця, спорід­неного з самкою, домішати хоча 10% сперматозоїдів іншої породи, щоб виявилася вибірність і весь приплід вийшов помісним.

Осіменіння мішаною спермою або покриття самки двома плідника­ми дає можливість дістати не тільки підвищену запліднюваність маток, але і більш життєстійке потомство (Давидов).

Причину кращої життєздатності і інтенсивнішого розвитку тварин від гетеро-спермного о'сіменіння слід шукати не 'в зміні умов вибірного запліднення, а в самому фгкті проникнення в яйцеклітину додаткових сперматозоїдів від різних батьків. Це створює більші відмінності у фізіологічних процесах яйця, що дробиться, і новий сти­мул для дальшого росту організму тварини, для поліпшення її конституції і одержання від неї згодом високої продуктивності (Кушнер). Можливо, що ефективність осіменін-ня мішаним сім'ям зв'язана і з взаємодією рідких частин сім'я і сперматозоїдів, підви­щенням їх окисних властивостей, а отже, і їх запліднюючої здатності.

Переміщення яйцеклітин. Яйцеклітини можуть переміщуватися з одного рога матки в другий. Цим терміном позначають ті випадки, коли яйцеклітини, вийшовши з фолікула одного яєчника, іноді опиняються в розі матки протилежної сторони. Переміщення може бути зовнішнім, коли перехід відбувається через черевну порожнину, і внутрішнім, коли шлях на другу сторону лежить через тіло матки.

Переміщення яйцеклітин доведено для всіх ссавців. Якщо у кріль­чихи вирізати один яєчник і протилежний ріг матки, то у неї все ж може настати вагітність. Ясно, що це могло статися тільки в тому разі, якщо мало місце зовнішнє перенесення яйцеклітин за допомогою течій сероз-

ної рідини в черевній порожнині. В іншому досліді у свині було виріза­но один яєчник, і з тієї ж сторони перев'язано кінець яйцепроводу. Після покриття настала вагітність в обох рогах (приклад внутрішнього пере­міщення яйцеклітин) (мал. 205). На думку Лопиріна, переміщення яйцеклітин у вівці відбувається при виділенні одним яєчником двох яєць. Кращий розвиток плода забезпечується, якщо після переміщення кіль­кість зародків у кожному з рогів матки зрівнюється. У свиней перемі­щення яйцеклітин спостерігається більш як у 25% випадків. Це явище, очевидно, зв'язане з функціональною періодичністю в діяльності яєчни­ків.

Пересадка зигот. Зиготи можуть бути взяті з тіла самки і переса­джені в матку іншої тварини того самого виду. Широкі фізіологічні до­сліди в цьому напрямі ставив ще в минулому столітті Груздєв.

Існують досліди по пересадці (імплантації) зигот кролика, корови, вівці, свині. Зародок корови на стадії 8 бластомерів було пересаджено в ріг матки іншої корови. Дослід закінчився родами на 278-й день. Зи­готи кролика, перш ніж їх пересаджувати в інший організм, можна ви­держувати при зниженій температурі (+10°) до 4-х днів, затримавши на якийсь час їх розвиток.

Удаються тільки пересадки запліднених яйцеклітин, а не тих, які розвиваються партеногенетично, бо сперматозоїди вносять в яйцекліти­ну хімічні речовини, що сприяють імплантації (фермент гіалуронідазу).

Біологічне значення запліднення полягає у підтри­муванні (або навіть підвищенні) життєвості організму (Лисенко). Як відомо, самці від самок відрізняються рядом особливостей обміну речо­вин. Так, наприклад, самки мають здатність відкладати в своєму тілі асимільовані речовини в більшій мірі, ніж самці. У перших переважа­ють анаболічні, а у других — катаболічні процеси в організмі.

Запліднюваність і підвищення життєстійкості потомства збільшу­ються, коли самці і самки дістають різний корм: переважання зерна в раціоні самців, а в раціоні самок — зелених кормів. Для підвищення життєвості потомства найсприятливіші такі відмінності в годівлі сам­ців і самок, які сприяють природно утвореним міжстатевим відмінностям обміну речовин. Цей спосіб підвищення життєвості грунтується на зміні умов формування гамет у тілі батьків. Така годівля зумовлює фізіоло­гічну відмінність чоловічих і жіночих гамет (Милованов).

До підвищення життєвості потомства приводить і метод змішування сперми.