Сперматозоиди: строеж, функция и роля при размножаването

Сперматозоидите са мъжките репродуктивни клетки. Повечето животни и растения използват сперматозоиди, за да се размножават. Те имат различни начини за производство и освобождаване на сперматозоиди. Във всички случаи сперматозоидът се среща с яйцеклетката на женската и се превръща в нов организъм. Сперматозоидите носят половината генетична информация (хаплоиден набор хромозоми) и съдържат специализирани структури за придвижване и проникване в яйцеклетката.

Името сперматозоид произлиза от гръцката дума sperma, която означава семе. В разговорния и в научния език терминът често се съкращава на „сперма“ (жизнеспособната течност, която носи сперматозоидите при животните).

Животинската сперматозоидна клетка е способна да се движи, тъй като трябва да стигне до матката и към фалопиевата тръба, за да се срещне с яйцеклетката. Животинските сперматозоиди (включително човешките) имат малка "главичка" и дълга опашка, наречена флагелум. Шийката и средната част съдържат митохондрии, които произвеждат енергия за движението. Безименният пръстен и структурите около основата на флагелума действат като механичен и биохимичен двигател, който задвижва сперматозоида през женската репродуктивна система до яйцеклетката.

Строеж на сперматозоида

• Главичка: съдържа ядро с пакетирана ДНК и акрозом — специален везикул с ензими, които помагат за проникване в обвивките на яйцеклетката.
• Средна част (митохондриален сектор): богата на митохондрии, които осигуряват АТФ за движението на опашката.
• Флагелум (опашка): дълга структура с аксонемна организация (типично „9+2“ микротубули) и двигателни белтъци (динини), които генерират вълнообразно движение.

Функция и механизми

Основната функция на сперматозоида е доставянето на мъжкия генетичен материал до яйцеклетката и участие в оплождането. За да бъде успешен, сперматозоидът трябва да бъде способен на:

• мобилност — придвижване чрез флагелума; това се поддържа от митохондриите, АТФ и регулация чрез йони и вторични месинджъри (например cAMP, Ca2+);
• капацитация — биохимични промени, които настъпват в женския репродуктивен тракт и правят спермата способна да извърши акрозомна реакция;
• акрозомна реакция — освобождаване на ензими от акрозома, които разграждат обвивките на яйцеклетката и позволяват сливане на клетъчните мембрани;
• внес на центриоли и сигнали — при някои видове сперматозоидът допринася и органели (например центриоли), които играят роля при първите деления на зиготата.

Произход и развитие (сперматогенеза)

При животните сперматозоидите се образуват в тестисите чрез процес, наречен сперматогенеза. В основни линии това включва:

• сперматогонии (първични полови клетки) → мейоза → сперматиди;
• сперматиди → морфологично и функционално зрели сперматозоиди (спермиогенеза);
• подкрепящи клетки (Сертолиеви клетки) осигуряват хранителни и структурни функции, а Лайдиговите клетки произвеждат тестостерон, който регулира процеса.

При човека целият процес от началото до появата на зрел спермий отнема около 64–74 дни, след което сперматозоидите се складират в епидидима, където узряват допълнително.

Разнообразие при различните организми

Формата, размерът и методите на доставяне на сперматозоиди варират значително:

• при повечето бозайници и насекоми сперматозоидите са нетилни или с опашка (подвижни);
• при много растения (цветни растения) „сперматозоидите“ не са подвижни самостоятелно — поленът доставя мъжките гамети до яйцеклетката чрез поленова тръба; при водорасли, папратоподобни и някои мъхове съществуват подвижни сперматозоиди с флагели;
• при някои видове е налице „сортиране“ и конкуренция между сперматозоидите (sperm competition), което води до еволюция на по-големи или по-числени сперматозоиди (пример: някои видове плодови мушици имат изключително дълги сперматозоиди).

Роля при оплождането

Оплождането включва серия от стъпки: придвижване и оцеляване в репродуктивния тракт на женската, каpацитация, акрозомна реакция, контакт и сливане с мембраната на яйцеклетката и внасяне на мъжкия набор хромозоми. След сливането се образува зигота — първата клетка на новия индивид.

Значение за човешкото здраве и плодородие

Качеството на сперматозоидите (брой — концентрация, подвижност и морфология) е ключов фактор за мъжката плодовитост. Някои фактори, които вредят на сперматогенезата и качеството на спермата, са:

• висока температура (напр. продължимо излагане на топлина);
• тютюнопушене, алкохол, наркотични вещества и някои лекарства;
• екологични токсини, тежки метали и определени професионални химикали;
• инфекции (напр. вирусни или бактериални), варикоцеле, хормонални нарушения и възраст.

Диагностика: спермограма (анализ на спермата) оценява основни параметри; при необходимост се извършват допълнителни изследвания и терапии (медикаментозна терапия, хирургия, асистирана репродукция — ин витро, интрацитоплазмено инжектиране на сперматозоид — ICSI и др.). Сперматозоидите също могат да бъдат запазени чрез криоконсервация при лечение или за бъдещо използване.

Кратко обобщение

Сперматозоидите са специализирани мъжки гамети, предназначени да доставят генетичния материал и да инициират развитието на нов организъм. Те имат характерна структура — главичка, средна част и флагелум — и преминават сложен процес на образуване и узряване. Разнообразието в строежа и поведението им отразява еволюционните стратегии на различните видове и влиянието на средата и начина на живот върху човешката плодовитост.

При растенията

При някои растения, като папратите и мъховете, сперматозоидите се движат. Сперматозоидите на цъфтящите растения не могат да се движат сами. Сперматозоидите на цъфтящите растения се съдържат в поленовите зърна. Затова те разчитат на транспорт, за да пренесат сперматозоидите си до други растения. Например една пчела каца на растение, за да събере нектар. Част от прашеца залепва за пчелата. Пчелата се придвижва към друго растение и прашецът пада върху него. Сперматозоидите се придвижват по поленовата тръба, докато достигнат яйцеклетката в долната част на цветето.

Нисшите растения и водораслите имат различни видове сперматозоиди

Търсене по буква