Твоя жизнь до рождения: тайны эволюции человека

Фолликул

В яичниках новорожденной девочки содержится около двух миллионов первичных, зародышевых, то есть – недоразвитых, фолликулов. После рождения фолликулы в яичнике образовываться не могут. Более того – их количество постоянно снижается и к восемнадцати годам доходит до пяти-семи тысяч. Надо сказать, что и этого много, потому что для обеспечения детородной функции их потребуется около пятисот.

К моменту наступления половой зрелости в каждом яичнике содержится несколько тысяч фолликулов с молодыми, то есть незрелыми, яйцеклетками.

Фолликулы в яичниках созревают до тех пор, пока первый из них не лопнет, выпустив яйцеклетку в так называемую фаллопиеву или маточную трубу, соединяющую полость матки с брюшной полостью. Этот момент, момент первых месячных, наступающий у большинства девочек в промежутке между 11 и 13 годами, называют «менархе», а выход яйцеклетки из яичника в маточную трубу называют «овуляцией». С выходом первой яйцеклетки начинается циклическая деятельность яичников, проявляющаяся в виде регулярных менструаций, которые в среднем продолжаются в течение сорока лет.

Овуляция

Созреванием фолликулов управляют женские половые гормоны, называемые «эстрогенами», которые фолликулами в основном же и вырабатываются. Также эстрогены стимулируют рост эндометрия – внутренней слизистой оболочки матки – и развитие в ней кровеносных сосудов. Эндометрий можно считать если не самой главной, то самой любимой мишенью для эстрогенов, потому что в нем находится очень много рецепторов к этим гормонам. Иначе и быть не может, ведь управление эндометрием представляет собой очень сложный циклический процесс.

Гормону, как и любому биологически активному веществу, обязательно нужен рецептор, с которым гормон может взаимодействовать. Гормон без рецептора – это не гормон, а просто недоразумение, не оказывающее никакого действия на организм.

Ежемесячно клетки эндометрия готовятся к приему оплодотворенной яйцеклетки и к последующей заботе о ней. Если их надежды не оправдываются, если оплодотворения яйцеклетки и развития беременности не происходит, клетки наружного слоя эндометрия погибают и выводятся из организма во время менструации.

Может показаться, что проще было бы обойтись только выработкой новых яйцеклеток взамен неоплодотворенных, без постоянной замены наружного слоя клеток эндометрия. А уж как бы были рады в этом случае женщины, которым менструации доставляют множество проблем. Но все дело в том, что наружные клетки эндометрия запрограммированы природой на интенсивный рост при наступлении беременности, когда матка начинает резко увеличиваться в размерах. Лишить клетки этого потенциала невозможно, но и развиваться им в не беременной матке некуда. Вот и приходится организму избавляться от старых клеток эндометрия и выращивать им на замену новые.

Циклическая деятельность яичников обусловлена циклическим же изменением уровня содержания эстрогенов в крови. Во время окончательного созревания очередного фолликула, в так называемую фолликулярную фазу менструального цикла, которая начинается в первый день менструации и длится до овуляции, выработка эстрогенов увеличивается. К моменту овуляции содержание эстрогенов в крови достигает своего пика.

После окончания овуляции начинается лютеиновая фаза менструального цикла, или фаза желтого тела. Она получила такое название из-за того, что после выхода яйцеклетки фолликул превращается в «желтое тело» – временную железу внутренней секреции, вырабатывающую гормон прогестерон.

Прогестерон часто называют «гормоном беременности», поскольку главной его задачей является подготовка матки к этому процессу. Прогестерон «переключает» эндометрий в фазу активной секреторной деятельности, когда увеличивается количество желез и кровоснабжение, то есть обеспечивает оплодотворенной яйцеклетке наиболее благоприятные условия для прикрепления к стенке матки.

А еще прогестерон угнетает иммунную реакцию материнского организма на эмбрион. Как бы кощунственно ни звучали бы эти слова, но зародыш для материнского организма является чужеродным телом, и именно прогестерон позволяет избежать его отторжения.

А еще прогестерон снижает сократительную способность мускулатуры матки во время беременности. Это нужно для того, чтобы предотвратить выкидыш. Прерывание беременности на малых сроках часто вызываются именно недостаточностью прогестерона.

К моменту начала родов содержание прогестерона в организме беременной женщины резко понижается, что позволяет матке активно сокращаться. Заодно уменьшение содержания прогестерона способствует началу лактации. Во время беременности прогестерон лактацию подавляет.

Также прогестерон угнетает созревание новых фолликулов, потому что в период беременности новые яйцеклетки не нужны – матка уже занята зародышем.

Во время беременности прогестерона вырабатывается все больше и больше, сначала желтым телом, а затем – плацентой, но если беременность не наступает, то желтое тело перестает функционировать и к началу менструации выработка прогестерона прекращается.

Весьма часто яйцеклетку называют самой крупной клеткой человеческого организма, но это не совсем правильно. Да – человеческая яйцеклетка довольно крупная клетка. Ее диаметр примерно равен десятой доле миллиметра, что дает возможность видеть ее невооруженным взглядом. Но клетки скелетных мышц и нервные клетки с их длинными отростками во много раз больше яйцеклетки.

Итак, лопнул очередной фолликул. Новенькая свеженькая яйцеклетка спустилась немного по маточной трубе в направлении матки и застыла неподалеку от яичника в ожидании встречи со сперматозоидом…

Произошел половой акт. Во влагалище оказалась порция спермы, содержащая десятки миллионов сперматозоидов. Принято считать, что для оплодотворения яйцеклетки ОДНИМ сперматозоидом во влагалище должно попасть не менее СОРОКА МИЛЛИОНОВ этих маленьких «почтальонов», вырабатываемых в мужских яичках (семенниках). Сорок миллионов – это минимальный минимум содержания сперматозоидов в способной к оплодотворению порции спермы. А если говорить о максимуме, то их количество в одном миллилитре спермы может превышать сто двадцать миллионов![5 - Количество спермы, выделяемое при половом акте, сильно варьируется, но в среднем составляет от двух до пяти миллилитров. Так что во влагалище может одномоментно попасть и шестьсот миллионов сперматозоидов.]

Сперматозоиды – самые настоящие почтальоны. Смысл их существования и единственная жизненная цель заключаются в том, чтобы доставить к яйцеклетке посылку – отцовский генетический материал. Природа наделила сперматозоид органом движения – длинным хвостом, который часто называют «жгутиком», и «ключом», позволяющим проникнуть в яйцеклетку – ферментами, которые растворяют оболочку яйцеклетки. Эти ферменты «упакованы» в пузырек, называемый «акросомой». В головке сперматозоида нет ничего, кроме ядра с хромосомами и акросомы. Цитоплазмы, полужидкой клеточной среды, сперматозоиды лишены потому что им надо быть как можно легче, чтобы двигаться как можно быстрее. Единственное, что кроме ядра и акросомы есть у сперматозоида из клеточных органов, – это митохондрии, клеточные энергетические станции. Они расположены в шейке сперматозоида, между головкой и хвостом. Митохондрии снабжают хвост энергией, необходимой для движения.

Строение сперматозоида

Длина сперматозоида вместе с хвостом составляет около пятидесяти микрометров или пять сотых миллиметра. Такому малютке-почтальону нужно пройти путь длиной в двадцать сантиметров, чтобы достичь яйцеклетки. Двадцать сантиметров! Целых двадцать сантиметров или двести тысяч микрометров! Это не шутка. Если рассматривать соотношение размера сперматозоида с длиной его пути применительно к человеку, ростом в сто семьдесят пять сантиметров, то получится семь километров. Представьте, что вам нужно преодолеть семь километров – сначала идти по бездорожью, по болотам да оврагам, а затем долго плыть против течения. Каково? И для полноты впечатления представьте, что овраги буквально набиты разбойниками, которые хотят вас убить. Жуть? Мрак? Да не то слово.

И все сказанное про болота и разбойников – чистая правда. Но давайте от образного перейдем к реальности. В первую очередь сперматозоидам необходимо выбраться из влагалища в канал шейки (узкого нижнего сегмента) матки. Во влагалище среда кислая, неблагоприятная для сперматозоидов. Да что там неблагоприятная! Просто губительная! Вдобавок за сперматозоидами начинают охотиться клетки иммунной системы организма женщины. А чего вы хотели? С точки зрения организма сперматозоид – это чужеродный агент, чужая клетка, которую нужно ликвидировать как можно скорее, пока она чего-нибудь не натворила.

Кислая среда и клетки иммунной системы – это условные разбойники, сидящие по оврагам. Большинство сперматозоидов, получивших свободу во время полового акта, гибнет во влагалище. Кто-то просто погибает от избытка кислоты, а кто-то вязнет во влагалищной слизи, вроде как тонет в болоте.

Кстати говоря, кислая среда не только убивает сперматозоиды, но и служит для них условным «компасом», потому что движение сперматозоидов по половым путям женщины осуществляется по направлению уменьшения кислотности.

В шейке матки среда близка к нейтральной, но зато там очень много слизи. Образно говоря, нет разбойников, но болота поистине непроходимые. Зато тех, кто все же прорвется в полость матки (а это примерно десять миллионов «почтальонов»), ждет награда – благоприятная среда, в которой сперматозоиды активируются, обретают «второе дыхание» и устремляются к маточным трубам. Устремляются наугад – одни в левую трубу, другие – в правую. Но яйцеклетка сидит только в одной из труб. Такая «лотерея» примерно вдвое уменьшает количество движущихся к яйцеклетке сперматозоидов (половина их движется по пустой трубе и в конце концов погибает).

В трубах сперматозоидам приходится плыть против течения, против тока трубной жидкости. Этот ток создают движущиеся реснички, находящиеся на клетках, выстилающих трубы изнутри, а также сокращения мышечного слоя трубной стенки. Ток жидкости служит очередным ориентиром для сперматозоидов, которые «запрограммированы» на движение против течения. До сих пор неясно, как сперматозоидам удается найти яйцеклетку в огромной трубе, но согласно наиболее убедительной гипотезе им помогают ориентироваться определенные вещества, выделяемые яйцеклеткой для привлечения внимания сперматозоидов.

Приблизительная скорость движения сперматозоида составляет от четырех до шести миллиметров в минуту. Уже спустя час после полового акта сперматозоид теоретически может достичь яйцеклетки, но на самом деле этот путь занимает в среднем от трех до шести часов. А бывает и так, что сперматозоидам приходится ждать в трубе появления яйцеклетки. В благоприятных трубных условиях сперматозоиды способны сохранять жизнеспособность в течение нескольких суток. Точная продолжительность жизни сперматозоидов пока еще остается тайной. Принято считать, что сперматозоиды могут жить в маточных трубах не дольше четырех суток, но есть мнение, что этот период может растягиваться до недели и даже больше. Неоплодотворенная яйцеклетка, кстати говоря, живет не более одних суток, несмотря на то, что она имеет цитоплазму, богатую питательными веществами.

Из сорока миллионов, а точнее – из не менее чем сорока миллионов, потому что этих самых миллионов может быть и двести, до оболочки яйцеклетки доходит всего-навсего несколько тысяч сперматозоидов. Для того, чтобы пробиться через лучистый венец (вспомним, что так называется слой фолликулярных клеток, окружающих яйцеклетку) сперматозоид использует фермент гиалуронидазу, который находится на наружной поверхности его головки. Гиалуронидаза расщепляет вещество, склеивающее клетки лучистого венца в монолитную преграду, позволяя сперматозоидам пройти к блестящей оболочке. Этого фермента на головке сперматозоида немного, поэтому для того, чтобы пробить брешь в лучистом венце требуется большое количество сперматозоидов. А вот ферментов, содержащихся в акросоме одного сперматозоида вполне достаточно для разрушения участка блестящей оболочки. Здесь коллективные усилия не то чтобы не требуются, но и прямо противопоказаны, потому что одну яйцеклетку должен оплодотворять один сперматозоид. Только в таком случае зигота, клетка, образовавшаяся в результате оплодотворения, будет иметь нормальный набор хромосом – сорок шесть штук, и будет способна к нормальному развитию.

Одна-единственная лишняя хромосома в двадцать первой паре приводит к развитию тяжелого заболевания, известного под названием синдрома Дауна, для которого характерно более тридцати специфических признаков, начиная с умственной отсталости и заканчивая врожденным лейкозом – злокачественным заболеванием кроветворной системы. Если же лишних хромосом будет не одна, а целых двадцать три, то клетка погибнет, не успев начать деление.

Яйцеклетка имеет защиту от проникновения в нее лишних сперматозоидов. В блестящей оболочке есть пузырьки, содержащие ферменты, которые делают эту оболочку непроницаемой для сперматозоидов, то есть – не разрушаемой акросомальными ферментами. Сразу же после проникновения в яйцеклетку первого сперматозоида, эти пузырьки лопаются, и первый сперматозоид становится единственным. «Успех – это успеть», сказала когда-то поэтесса Марина Цветаева. Кто успел, тот и доставил посылку по назначению, все остальные почтальоны погибли, не найдя своего продолжения в потомстве. Мир их праху!

Существует интересная, хотя и признаваемая далеко не всеми учеными теория спермовых войн, которая объясняет огромное количество сперматозоидов в эякуляте конкуренцией между сперматозоидами разных самцов. Когда-то давно люди не образовывали устойчивых пар, а спаривались беспорядочно с разными партнерами. При подобном промискуитете во влагалищах женщин присутствовала сперма разных мужчин и оплодотворить яйцеклетку могли те сперматозоиды, которые успешно уничтожали или блокировали конкурентов. Согласно теории спермовых войн лишь около одного процента сперматозоидов предназначается непосредственно для оплодотворения яйцеклетки, а остальные девяносто девять должны бороться с конкурентами.

Косвенным подтверждением правильности теории спермовых войн может служить связь между степенью беспорядочности половых отношений и размером семенников у самцов, от которого зависит объем выделяемой спермы и концентрация сперматозоидов в ней. Так, например, семенники самцов шимпанзе, не образующих постоянных пар и не имеющих «гаремов», примерно в десять раз больше семенников человека, а количество спермы, выделяемой при половом акте, может доходить до ста миллилитров! А количество сперматозоидов в одном миллилитре спермы шимпанзе в среднем равно шестистам миллионам (!). У самцов горилл, имеющих «гаремы» из нескольких самок, недоступных для других самцов, в одном миллилитре спермы содержится около пятидесяти миллионов сперматозоидов, а их семенники меньше семенников человека. Но зато размерами тела взрослые самцы гориллы превосходят как мужчин, так и самцов шимпанзе, потому что физическая сила нужна им для защиты гаремов от чужих посягательств. Проще говоря, у горилл за возможность оставить как можно больше потомства сражаются самцы, а у человека и шимпанзе – сперматозоиды. Согласитесь, что определенная логика в теории спермовых войн есть.

Сперматозоиды атакуют яйцеклетку

После проникновения сперматозоида в яйцеклетку последняя превращается в зиготу. Зигота – это клетка, с которой начинается развитие эмбриона, клетка, знаменующая появление нового человека.

О том, что происходит с зиготой, вы узнаете из следующей главы, а в завершение этой давайте посмотрим, каким образом происходит объединение ядерного материала сперматозоида и яйцеклетки. Если вы думаете, что два ядра просто сливаются в одно, то ошибаетесь.

Готовая к оплодотворению яйцеклетка находится на стадии второго деления мейоза. Процесс деления начинается перед овуляцией, а в момент выхода яйцеклетки из фолликула останавливается, чтобы возобновиться после появления сперматозоида. Хромосомы, доставленные сперматозоидом, вместе с хромосомами, содержавшимися в яйцеклетке, образуют общую метафазную (экваториальную) пластинку первого деления митоза. Не общее ядро, а общую метафазную пластинку! Обратите внимание на эту особенность, свойственную не только человеку, но и всем позвоночным животным. Если в яйцеклетку проникает более одного сперматозоида, то их «лишние» хромосомы нарушают процесс митотического деления, что приводит к гибели зиготы.

Биологический смысл оплодотворения заключается в том, что мужская и женская половые клетки, содержащие по двадцать три хромосомы, сливаются в единое целое, образуя зиготу, содержащую «обычный» клеточный набор хромосом – сорок шесть штук или двадцать три пары.

Часть первая. Эмбриональный период

Эмбриональный период длится от момента оплодотворения до конца восьмой недели эмбрионального срока, которая соответствует десятой неделе акушерского срока. Этот период, во время которого закладывается фундамент организма, является наиважнейшим в жизни. Если во время эмбрионального периода что-то пойдет не так, то последствия будут грандиозными, со знаком «минус», конечно.

С эмбриональными периодами существует небольшая путаница. Дело в том, что так называется не только первый период беременности, но и весь период внутриутробного развития в целом, от зачатия до рождения. Чтобы не путаться, мы будем называть «эмбриональным периодом» исключительно первый период беременности, а весь период внутриутробного развития в целом – «внутриутробным периодом». Так проще и понятнее.