Гилберт с.Биология развития: в 3-х т. Т. I: Пер. С англ. — м.: Мир, 1993. — 228 с.

________________ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ: ВОЗНИКНОВЕНИЕ НОВОГО ОРГАНИЗМА_____________________________ 63

Активация метаболизма яйца

До сих пор мы обсуждали механизмы, с помощью которых спермии и яйцо узнают друг друга, сливаются и благодаря которым происходит слияние их гаплоидных ядер. Но для того чтобы оплодотворение привело к развитию яйца, должны произойти изменения в его цитоплазме ¹.

Зрелое яйцо морского ежа представляет собой метаболически инертную клетку, которую активирует проникающий в нее спермий. Эта активация является, однако, только стимулом, запускающим запрограммированную цепь метаболических событий. Реакции яйца на воздействие спермия можно подразделить на «ранние», которые осуществляются в течение нескольких секунд после соединения гамет, и «поздние», происходящие спустя несколько минут после этого соединения (табл. 2.2).

Ранние реакции

Как мы видели, контакт между спермием и яйцом запускает два основных механизма блокирования полиспермии: быстрый блок, инициируемый поступлением в клетку натрия, и медленный блок, инициируемый повышением внутриклеточной концентрации ионов кальция. Активация яиц, по-видимому, всегда обусловлена повышением концентрации свободных ионов кальция в цитоплазме. У первичноротых, например у улиток и червей, кальций обычно поступает в яйцо из внешней среды. У вторичноротых, например у рыб, лягушек и морских ежей, активация осуществляется в результате выхода ионов кальция из внутриклеточных депо, причем возникает волна высвобождения ионов кальция, распространяющаяся по поверхности яйца (Jaffe, 1983).

Результаты ряда опытов свидетельствуют о том. что этот выход ионов кальция играет важную роль в активации развития зародыша. Если в яйца инъецировать хелирующее кальций вещество ЭГТА,— то в них не происходит увеличения концентрации свободных ионов кальция и не наблюдается активации метаболизма. Напротив, яйца можно активировать искусственно, в отсутствие спермиев,

Таблица 2.2. События, происходящие в процессе оплодотворения яйца морского ежа 1
Событие	Примерное время после оплодотворения 2
Прикрепление спермия к яйцу	0 с
Подъем потенциала оплодотворе-
ния (быстрое блокирование по-
лиспермии)	менее 3 с
Слияние мембран спермия и яйца	менее 30 с
Выявляемое увеличение концен-
трации ионов кальция	30 с
Эндоцитоз кортикальных пузырь-
ков (медленное блокирование
полиспермии)	30—60 с
Активация НАД-киназы	начинается через
	1 мин
Увеличение концентрации НАД-Н	начинается через
и НАДФН	1 мин
Увеличение потребления О2	начинается через
	1 мин
Проникновение спермия	1 2 мин
Выделение кислоты	1 — 5 мин
Увеличение pH (остается высоким)	1 5 мин
Декомпенсация хроматина спер-
мия	2 — 12 мин
Миграция ядра спермия к центру
яйца	2 — 12 мин
Миграция яйцевого ядра по на-
правлению к ядру спермия	5 10 мин
Активация белкового синтеза	начинается через 5
	10 мин
Активация транспорта аминоки-	начинается через 5
слот	10 мин
Инициация синтеза ДНК	20—40 мин
Митоз	60 80 мин
Первое деление дробления	85 95 мин
1 Whitaker, Steinhardt, 1985.
2 Примерные сроки основаны на данных для S. purpuratus (15 — 17). L. pictus (16–18° ) и A.punctulata (18-20°).

посредством воздействий, вызывающих выход свободного кальция в цитоплазму. Было показано (Steinhardl. Epel, 1974), что микромолярные количества кальциевого ионофора A23187 вызывают у большинства яиц реакции, характерные для оплодотворенных яиц: в нормальной последовательности происходят отделение оболочки оплодотворения, повышение внутриклеточного pH, скачкообразное увеличение потребления кислорода, интенсификация синтеза белков и ДНК. Существенно, что такая активация может происходить при полном отсутствии ионов кальция в морской воде. В большинстве случаев развитие таких искусственно активированных яиц останавливается на стадии первого деления дробления, так как они остаются гаплоидными и не содержат центриоли спермия, необходимой для деления.

Выход кальция активирует целый ряд метаболических реакций (рис. 2.32). Одна из них заключается

¹ У некоторых видов хвостатых амфибий функция оплодотворения, заключающаяся в побуждении яйца к развитию, полностью обособилась от его генетической функции. Серебристая амбистома (Ambystoma platineum) является видом, представленным только одними самками. Самки производят яйца с нередуцированным числом хромосом. Такие яйца, однако, неспособны к развитию без дополнительной стимуляции. Серебристые амбистомы спариваются с самцами амбистомы Джефферсона (A. jeffersonianum). Спермии этих самцов только побуждают яйца к развитию (Uzzell. 1964), не участвуя в формировании генома зародыша.