Сперма - Sperm

Для использования в других целях см. Сперма (значения).

Схема человеческого сперматозоида

Сперма мужской репродуктивный ячейка, или гамета, в анизогамный формы половое размножение (формы, в которых присутствует более крупная «женская» репродуктивная клетка и более мелкая «мужская»). Животные производят подвижный сперма с хвостом, известная как жгутик, которые известны как сперматозоиды, а некоторые красные водоросли и грибы производить неподвижные сперматозоиды, известные как сперма.[1] Цветущие растения содержат неподвижную сперму внутри пыльца, а некоторые другие базальные растения любят папоротники и немного голосеменные иметь подвижную сперму.[2]

Сперматозоиды образуются в процессе, известном как сперматогенез, который в амниот (рептилии и млекопитающие ) происходит в семенные канальцы из яички.[3] Этот процесс включает производство нескольких последовательных предшественников сперматозоидов, начиная с сперматогония, который различать в сперматоциты. Затем сперматоциты подвергаются мейоз, сокращая их номер хромосомы вдвое, что дает сперматиды. 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 ограниченный срок жизни, но после слияния с яйцеклетки в течение оплодотворение, новый организм начинает развиваться, начиная с тотипотент зигота. В человек сперматозоид гаплоидный, так что его 23 хромосомы может присоединиться к 23 хромосомам женского яйца, чтобы сформировать диплоид ячейка. У млекопитающих, сперма хранится в придаток яичка и освобожден от пенис в течение эякуляция в жидкости, известной как сперма.

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

Видео сперматозоидов человека под микроскопом

Сперма у животных

Дальнейшая информация: Сперматозоид

Функция

Основная функция сперматозоидов - достичь яйцеклетка и сливаются с ним, чтобы доставить две субклеточные структуры: (i) мужской пронуклеус который содержит генетический материал и (ii) центриоли это структуры, которые помогают организовать микротрубочка цитоскелет.

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 густо скрученными волокнами хроматина, окруженными спереди тонким сплющенным мешком, называемым акросома, который содержит ферменты, используемые для проникновения в женское яйцо. Он также содержит вакуоли.[4]
  • Хвост: также называется жгутик, является самой длинной частью и способна к волнообразному движению, которое подталкивает сперматозоиды к плаванию и помогает проникать в яйцеклетку.[5][6][7] Раньше считалось, что хвост движется симметрично в спиральная форма. Однако исследование 2020 г. Бристольский университет заявил, что хвост движется более сложным образом, сочетая асимметричные стоя и путешествие волны, а также вращение всего тела для достижения кажущейся симметрии.[8][9]

Шейка или соединительный элемент содержит один типичный центриоль и одна атипичная центриоль, такая как проксимальная центриолеобразная.[10][11] Промежуточный элемент имеет центральную нитевидную сердцевину со множеством спиральных митохондрий, используемых для АТФ постановка для путешествия по женскому шейка матки, матка и маточные трубы.

В течение оплодотворение, сперма обеспечивает три основные части ооцит: (1) сигнальный или активирующий фактор, который вызывает метаболически спящий ооцит для активации; (2) гаплоидный отцовский геном; (3) центриоль, который отвечает за формирование центросома и микротрубочка система.[12]

Происхождение

Сперматозоиды животные производятся через сперматогенез внутри мужчины гонады (яички ) через мейотический деление. Начальный сперматозоид процесс занимает около 70 дней. Процесс начинается с производства сперматогония от половая клетка прекурсоры. Они делятся и дифференцируются на сперматоциты, которые проходят мейоз формировать сперматиды. На стадии сперматиды у сперматозоидов появляется привычный хвост. Следующий этап, когда он становится полностью созревшим, занимает около 60 дней, когда он называется сперматозоид.[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 производится в семенные пузырьки, простата и уретральные железы.

В 2016 году ученые из Нанкинский медицинский университет заявили, что они произвели клетки, напоминающие сперматиды мыши из мышиных эмбриональные стволовые клетки искусственно. Они вводили эти сперматиды в яйца мышей и производили детенышей.[15]

Качество спермы

Человеческая сперма окрашенный для качество спермы тестирование
Основная статья: Качество спермы

Сперма количество и качество - главные параметры в качество спермы, что является мерой способности сперма выполнить оплодотворение. Таким образом, у людей это мера плодородие в мужчина. Генетическое качество спермы, а также ее объем и подвижность обычно снижаются с возрастом.[16] (Увидеть влияние возраста отца.)

Повреждения ДНК, присутствующие в сперматозоидах в период после мейоз но перед оплодотворением может быть восстановлено в оплодотворенной яйцеклетке, но если не исправить, может 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 как минимум 7 дней в оплодотворяющих сперматозоидах, а нарушение путей восстановления двухцепочечных разрывов материнской ДНК увеличивает хромосомные аберрации, происходящие из сперматозоидов.[19] Лечение мышей-самцов с мелфалан, бифункциональный алкилирующий агент, часто используемый в химиотерапии, вызывает повреждения ДНК во время мейоза, которые могут сохраняться в нерепарированном состоянии по мере того, как половые 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, сперма некоторых видов плодовых мух (Дрозофила ) до 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 достаточном количестве, чтобы превзойти своих конкурентов.[21][22]

Рынок человеческой спермы

Дальнейшая информация: Донорство спермы

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

В дополнение к эякуляция, можно извлечь сперму через TESE.

На мировом рынке Дания имеет хорошо развитую систему экспорта человеческой спермы. Этот успех в основном обусловлен репутацией датских доноров спермы как высокопрофессиональных доноров. качественный[24] и, в отличие от законодательства других стран Северной Европы, дает донорам выбор: анонимно или не анонимно для принимающей пары.[24] Кроме того, доноры спермы из Северной Европы, как правило, высокие и высокообразованные.[25] и имеют альтруистические мотивы для своих пожертвований,[25] отчасти из-за относительно низкой денежной компенсации в странах Северной Европы. Импортерами датской спермы являются более 50 стран мира, в том числе Парагвай, Канада, Кения, и Гонконг.[24] Однако Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) США запретило импорт любой спермы, мотивируя это риском передачи Болезнь Крейтцфельдта-Якоба, хотя такой риск незначителен, поскольку искусственное оплодотворение сильно 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 пересекать гемато-яичковый барьер чтобы сделать передачу возможной.[26]

История

Смотрите также: Гомункул § Гомункул спермистов

Сперму впервые заметил в 1677 г. Антони ван Левенгук[27] с помощью микроскоп. Он описал их как животные (маленькие животные), вероятно, из-за его веры в преформизм, который считал, что каждая сперма содержит полностью сформированного, но маленького человека.[нужна цитата ]

Криминалистический анализ

Эякулирующие жидкости обнаруживаются ультрафиолетовое излучение, независимо от структуры или цвета поверхности.[28] Головки спермы, например из вагинальных мазков, все еще обнаруживаются микроскопия с использованием метода окрашивания «Рождественская елка», то есть окрашивания Кернехтрот-Пикроиндигокармином (KPIC).[29][30]

Сперма в растениях

Сперматозоиды водорослей и многих растений гаметофиты производятся в мужских гаметангия (антеридия ) через митотический деление. В цветущие растения, ядра сперматозоидов образуются внутри пыльца.[нужна цитата ]

Подвижные сперматозоиды

Подвижные сперматозоиды водоросли и бессемянные растения[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 получается за счет метаболизма фруктоза несут в семенная жидкость. Это происходит в митохондрии расположен в средней части сперматозоида (у основания головки сперматозоида). Эти клетки не могут плавать назад из-за характера их движения. Одноклеточные сперматозоиды (с одним жгутиком) животные упоминаются как сперматозоиды, и, как известно, различаются по размеру.[нужна цитата ]

Подвижную сперму также производят многие протисты и гаметофиты из мохообразные, папоротники и немного голосеменные такие как саговники и гинкго. Сперматозоиды - единственные жгутиковые клетки в жизненном цикле этих растений. Во многих папоротниках и ликофиты, саговники и гинкго - они имеют несколько жгутиков (несут более одного жгутика).[31]

В нематоды, сперматозоиды амебовидный и ползать, а не плыть, к яйцеклетке.[32]

Неподвижные сперматозоиды

Неподвижные сперматозоиды называются сперма лишены жгутиков и поэтому не могут плавать. Спермации производятся в сперматангий.[31]

Поскольку сперматозоиды не умеют плавать, их перенос в яйцеклетку зависит от окружающей среды. Немного красные водоросли, такие как Полисифония, производят неподвижные сперматозоиды, которые после их выпуска распространяются водными потоками.[31] Сперматозоиды ржавчина покрыты липким веществом. Они выпускаются в конструкциях в виде колб, содержащих нектар, которые привлекают мухи которые переносят сперматозоиды в соседние гифы для оплодотворения в механизме, аналогичном опыление насекомыми в цветущие растения.[33]

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

Ядра спермы

Почти во всех эмбриофиты, включая большинство голосеменных и все покрытосеменные, мужчина гаметофиты (пыльцевые зерна ) являются основным режимом рассредоточение, например, через ветер или насекомое опыление, устраняя потребность в воде для преодоления разрыва между мужчиной и женщиной. Каждое пыльцевое зерно содержит сперматогенную (генеративную) клетку. Как только пыльца попадает на клеймо восприимчивого цветка, он прорастает и начинает расти пыльцевая трубка сквозь карпель. Прежде чем трубка достигнет яйцеклетка, ядро ​​генеративной клетки в пыльцевом зерне делится и дает начало двум ядрам сперматозоидов, которые затем выводятся через трубку в яйцеклетка для удобрения.[31]

В некоторых протисты, оплодотворение также включает в себя сперму ядра, а не клетки, мигрирующие к яйцеклетке через трубку для оплодотворения. Оомицеты образуют ядра сперматозоидов в синцитический антеридий окружающие яйцеклетки. Ядра сперматозоидов достигают яйцеклетки через трубки для оплодотворения, аналогично механизму пыльцевой трубки у растений.[31]

Центриоли сперматозоидов

Большинство сперматозоидов имеют центриоли в шейке спермы.[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. Плодовая муха Drosophila melanogaster имеет единственную центриоль и атипичную центриоль, названную Проксимальная центриолеобразная (PCL).[36]

Формирование хвоста спермы

Хвост спермы - это специализированный тип ресничка (он же жгутик). У многих животных хвост спермы сформирован уникальным способом, который получил название Цитозольный цилиогенез, поскольку все или часть аксонема хвоста спермы образуется в цитоплазма или попадете в цитоплазму.[37]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ "Определение и значение Spermatium | Английский словарь Коллинза". www.collinsdictionary.com. Получено 2020-02-20.
  2. ^ Кумар, Анил (2006). Ботаника для степени голосеменных (Разноцветное изд.). С. Чанд Паблишинг. п. 261. ISBN  978-81-219-2618-8.
  3. ^ «Репродуктивная система животных - мужские системы». Энциклопедия Британника. Получено 2020-02-20.
  4. ^ Boitrelle, F; Guthauser, B; Alter, L; Байи, М; Wainer, R; Виалар, F; Альберт, М; Сельва, Дж (2013). "Природа вакуолей головки сперматозоида человека: систематический обзор литературы". Базовый клин Андрол. 23: 3. Дои:10.1186/2051-4190-23-3. ЧВК  4346294. PMID  25780567.
  5. ^ Фосетт, Д. В. (1981) Sperm Flagellum. В кн .: Клетка. Д. В. Фосетт. Филадельфия, компания W. B. Saunders. 14: стр. 604-640.
  6. ^ Лехти, М. С. 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". Gamete Research. 13 (3): 185–197. Дои:10.1002 / мрд.1120130302.
  8. ^ Уилсон, Клэр (31 июля 2020 г.). «У спермы странный способ плавать, и мы заметили это только через 300 лет». Новый ученый.
  9. ^ Гадельха, Гермес; 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». Достижения науки. 6 (31): eaba5168. Дои:10.1126 / sciadv.aba5168. ЧВК  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:2018НатКо ... 9.2210F. Дои:10.1038 / s41467-018-04678-8. ЧВК  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. Дои:10.1534 / genetics.109.101709. ЧВК  2674812. PMID  19293139.
  12. ^ Хьюитсон, Лаура и Шаттен, Джеральд П. (2003). «Биология оплодотворения у человека». В Патрицио, Паскуале; и другие. (ред.). Цветной атлас вспомогательной репродукции человека: лабораторные и клинические выводы. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 3. ISBN  978-0-7817-3769-2. Получено 2013-11-09.
  13. ^ Сперма и качество спермы
  14. ^ Гулд, Дж. Э .; Оверстрит, JW; Hanson, FW (1984). «Оценка функции спермы человека после выхода из женского репродуктивного тракта». Биология размножения. 31 (5): 888–894. Дои:10.1095 / биолрепрод31.5.888. PMID  6518230.
  15. ^ Сираноски, Дэвид (2016). «Исследователи утверждают, что приготовили искусственную сперму мыши в чашке». Природа. Дои:10.1038 / природа.2016.19453. S2CID  87014225.
  16. ^ Гуревич, Рэйчел (10.06.2008). "Влияет ли возраст на мужскую фертильность?". About.com. Получено 14 февраля 2010.
  17. ^ Гаврилюк Д., Эйткен Р. Дж. (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. Дои:10.1007/978-3-319-18881-2_2. ISBN  978-3-319-18880-5. PMID  26178844.
  18. ^ Маркетти Ф., Выробек А.Дж. (2008). «Снижение репарации ДНК во время спермиогенеза мышей приводит к накоплению наследственных повреждений ДНК». Ремонт ДНК. 7 (4): 572–81. Дои:10.1016 / j.dnarep.2007.12.011. PMID  18282746.
  19. ^ Маркетти Ф., Эссерс Дж., Канаар Р., Выробек А. Дж. (2007). «Нарушение репарации материнской ДНК увеличивает хромосомные аберрации сперматозоидов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 104 (45): 17725–9. Bibcode:2007ПНАС..10417725М. Дои:10.1073 / pnas.0705257104. ЧВК  2077046. PMID  17978187.
  20. ^ Маркетти Ф., Епископ Дж., Джинджерих Дж., Выробек А.Дж. (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:2015НатСР ... 5Э7689М. Дои:10.1038 / srep07689. ЧВК  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 развитие дорогостоящих украшений спермы». Природа. 533 (7604): 535–8. Bibcode:2016Натура.533..535L. Дои:10.1038 / природа18005. PMID  27225128. S2CID  4407752.
  22. ^ Гардинер, Дженнифер Р. (2016). "Чем больше тем лучше". Природа. 533 (7604): 476. Дои:10.1038 / 533476a. PMID  27225117.
  23. ^ Сарфраз Манзур (2 ноября 2012 г.). «Заходите внутрь: крупнейший в мире банк спермы». Хранитель. Получено 4 августа 2013.
  24. ^ а б c Вспомогательная репродукция в странах Северной Европы ncbio.org
  25. ^ а б Правила FDA блокируют импорт ценной датской спермы Отправлено 13 августа, 08 7:37 CDT в категории "Мир, наука и здоровье"
  26. ^ а б Стивен Котлер (26 сентября 2007 г.). "Бог спермы".
  27. ^ «Хронология: вспомогательная репродукция и контроль рождаемости». CBC Новости. Получено 2006-04-06.
  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 журнал судебной экспертизы. 1: 12–15. Дои:10.2174/1874402800801010012.
  29. ^ Аллери, Дж. П.; Telmon, N; Mieusset, R; Блан, А; Руже, Д. (2001). «Цитологическое определение сперматозоидов: сравнение трех методов окрашивания». Журнал судебной медицины. 46 (2): 349–51. Дои:10.1520 / JFS14970J. PMID  11305439.
  30. ^ Полиция штата Иллинойс / Президентская инициатива ДНК. «Инициатива президентов по ДНК: идентификация пятен спермы: Kernechtrot» (PDF). Получено 2009-12-10.
  31. ^ а б c d е ж Рэйвен, Питер Х .; Рэй Ф. Эверт; Сьюзан Э. Эйххорн (2005). Биология растений, 7-е издание. Нью-Йорк: W.H. Издатели Freeman and Company. ISBN  0-7167-1007-2.
  32. ^ Боттино Д, Могильнер А, Робертс Т., Стюарт М., Остер Дж. (2002). «Как ползут сперматозоиды нематод». Журнал клеточной науки. 115 (Pt 2): 367–84. PMID  11839788.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  33. ^ Сумбали, Гита (2005). Грибы. Alpha Science Int'l Ltd. ISBN  1-84265-153-6.
  34. ^ Махешвари Р. (1999). «Микроконидии Neurospora crassa». Грибковая генетика и биология. 26 (1): 1–18. Дои: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. Дои:10.3389 / fcell.2015.00021. ЧВК  4381714. PMID  25883936.
  36. ^ Blachon, S .; Cai, X .; Робертс, К. А .; 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. Дои:10.1534 / genetics.109.101709. ЧВК  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. Дои:10.1016 / j.cub.2015.11.001. ЧВК  5857621. PMID  26654377.
  • Фосетт, Д. В. (1981) Sperm Flagellum. В кн .: Клетка. Д. В. Фосетт. Филадельфия, компания W. B. 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.

внешние ссылки

Предшествует
Никто		 Этапы развития человека
Сперма + Ооцит		Преемник
Зигота