23.10.2018

Миф о человеческом оплодотворении

До того, как наука пролила свет на репродуктивные процессы человека, люди считали, что новая жизнь спорадически зарождается из ничего. Мыши по такому сценарию зарождаются из зёрен пшеницы (речь об амбарах), а тараканы — из грязи. В XVII веке, когда появились необходимые технологии и учёные смогли, наконец, под микроскопом рассмотреть яйцеклетку, мы получили теорию о человеке, похожем по своему принципу на матрёшку. Она гласит: в одном конкретном человеке заложены ещё несколько человек, и в этих людях — тоже ещё несколько.

Можно было бы подумать, что по мере прогресса науки люди быстро развенчают эту «теорию матрёшки». Но не тут-то было. Когда под микроскопом, наконец, рассмотрели и сперму, теория мутировала в другую, тоже достаточно нелепую: яйцеклетка теперь представлялась простым приёмником спермы, тогда как сперматозоиды должны были бы соревноваться друг с другом, чтобы достичь её и спровоцировать развитие плода.

А что сперма? В передней части сперматозоида, по представлениям того времени, находился маленький человечек, этакий гомункул. Голландский математик и Николас Хартсукер (Nicolaas Hartsoeker), изобретатель винтового микроскопа, даже нарисовал такого гомункула, когда увидел сперму под микроскопом в 1695-м году. Более сильные микроскопы показали, что никакого гомункула там нет, но в концептуальном плане мало что изменилось: в представлении об оплодотворении того времени подвижная и активная сперма стремилась к пассивной яйцеклетке и оплодотворяла её. Публика часто соглашается с таким ошибочным видением картины и сейчас.

В 1991-м году американский антрополог Эмили Мартин (Emily Martin) описала то, что она назвала «научной сказкой» — картину с яйцеклеткой и сперматозоидами, в которой «женские биологические процессы менее важны, чем мужские».

Спаривание людей часто изображается как такой гигантский заплыв, в котором побеждает быстрейший и сильнейший сперматозоид, но это неверно. Чтобы понять, как люди пришли к такой точке зрения, давайте посмотрим на историю.

Понимание того, что происходит во время полового акта и как зачинаются дети, началось довольно недавно. Про сперматозоиды вообще ничего не знали до 1677 года, когда учёный Антони ван Левенгук (Antoni van Leeuwenhoek) впервые рассмотрел сперму под микроскопом. Примерно в это же время люди поняли, что яичники производит яйцеклетки (хотя вплоть до 1827 года, когда Карл Эрнст фон Бэр (Karl Ernst von Baer) не сообщил о наблюдении человеческих яйцеклеток, это было не точно). После того, как Левенгук обнаружил сперматозоиды, у людей ушло ещё столетие на то, чтобы понять, что они нужны для оплодотворения. В течение этого времени считалось, что сперматозоиды — это мелкие паразиты, живущие в сперме. Озарение пришло в 1760-х, когда итальянский священник Ладзаро Спалланцани (Lazzaro Spallanzani) экспериментировал с лягушками. Он надевал на них плотно облегающие брюки (!) и отпускал в водоём. Учёный засвидетельствовал, что лягушки в брюках не производят на свет головастиков. Так он доказал, что, чтобы лягушки оставили потомство, в воде, окружающей лягушку, должна быть сперма.

Только в 1876 году немецкий зоолог Оскар Гертвиг (Oscar Wilhelm August Hertwig) исследовал слияние спермы и яйцеклетки — он изучал оплодотворение у морских ежей.

Сейчас мы знаем, что в одной порции спермы размером в пол чайной ложки находится 250 миллионов сперматозоидов. Почему так много? По идее, должно быть меньше, так как рейтинги беременности снижаются, только если в порции спермы содержится менее 100 миллионов сперматозоидов — то есть, для нормального оплодотворения необходима половина той спермы, которая в среднем выделяется здоровым мужчиной.

Мы не можем сказать: «Чем больше спермы, тем больше вероятность, что будет получен лучший и сильнейший сперматозоид, который оплодотворит яйцеклетку». Это просто нерелевантно для оплодотворения. Здесь не работает объяснение с соревнованием, что побеждает сильнейший и что, чем больше «лотерейных билетов» вы купите, тем больше шанс выиграть.

Примеры «соревнования по сперме» действительно встречаются в царстве животных, но эти соревнования — между спермой разных особей, а не между сперматозоидами одной особи. Например, наши близкие сородичи, шимпанзе, живут в группах, где царит промискуитет — одну самку могут оплодотворять разные самцы, и каждый самец может оплодотворять разных самок. Шимпанзе в среднем, по сравнению с человеком, производят много спермы, и она производится быстро. Для этого у них большие яички. Также у них высокое количество лейкоцитов (для нейтрализации возбудителей, передающихся половым путём). Более того, их сперма может загустевать во влагалище самки и образовывать затычку, временно препятствующую доступу других самцов.

Но у людей всё по-другому. Нет никаких данных, подтверждающих, что у людей были «соревнования по сперме». Как и другие приматы, люди жили в группах, где есть один мужчина, который осеменяет всех самок. Поэтому у мужчин сравнительно небольшие тестикулы — размером с грецкий орех, это одна треть от тестикул шимпанзе, у которых они достигают размера большого куриного яйца. И, кстати, если у шимпанзе почти все сперматозоиды здоровые, то у человека в сперме значительный объём «пустышек».

У видов, у которых нет «соревнования по сперме», большое количество сперматозоидов может быть связано с генетической вариативностью. В опубликованных более чем сорок лет назад статьях биолог Джек Коэн (Jack Cohen) из Бирмингемского университета (University of Birmingham) заметил связь между количеством сперматозоидов и созданием хромосомных копий по мере производства спермы. На стадии мейоза пары хромосом обмениваются кусками генетического материала в процессе, который называется кроссинговер. Так вот, Коэн обнаружил, что количество спермы у разных видов повышается в зависимости от количества кроссинговеров, которые выполняются, когда она производится. Это повышает генетическую вариативность, и это нормально для естественного отбора. Но сперматозоиды — это всё равно лотерея, где генетический код — это те числа в номере, который вытягивает ведущий.

Что ещё в популярном представлении об оплодотворении неверно? Например, сперма у большинства млекопитающих не «плывёт» в сторону яйцеклетки, как это принято представлять, а переносится движениями влагалища и фаллопиевых труб. По этой причине сперматозоиды более мелких млекопитающих длиннее, чем более крупных. Сперматозоид мыши длиннее, чем сперматозоид кита, так как первый, теоретически, может доплыть до яйцеклетки сам, а китовый — точно нет. Расстояние, которое последний должен «проплыть», в 100 раз длиннее, чем то, которое должен проплыть первый.

На деле из 250 миллионов сперматозоидов, которые находятся в одной порции спермы, только несколько сотен проходит вверх по фаллопиевым трубам, и только один из миллиона достигает яйцеклетки. Все сперматозоиды с физическими аномалиями уничтожаются по мере того, как продвигаются вперёд. Но те, которые достигают яйцеклетки, — это совершенно случайные сперматозоиды.

Многие не доходят и до шейки матки. Кислая среда влагалища не очень благоприятна для сперматозоидов, и они не выживают долго. Некоторые запутываются в слизи, сотни тысяч сперматозоидов уходят в крипты (складки на влагалищных стенках), где они могут храниться до нескольких дней. Число сперматозоидов сокращается на входе в фаллопиевы трубы, в которых они временно прикрепляются к стенкам органа, и только некоторые открепляются и далее следуют к яйцеклетке. Если к ней «прибыло» слишком много спермы, возникает полиспермия и получается негативный для успешной беременности результат. В таком случае часто у эмбриона получается 69 хромосом вместо 46-ти, и это заканчивается выкидышем. Поскольку полиспермия — это явно нежелательный ход событий, эволюция потрудилась и поставила серию препятствий на пути сперматозоидов.

Если не осеменять особь через вагину, а ввести сперматозоиды непосредственно в матку, то, чтобы достигнуть нормального для беременности показателя, понадобится всего лишь 20 миллионов сперматозоидов, т. е. менее одной десятой того, что находится в одной порции спермы. В случае фертилизации in vitro это проявляется ещё сильнее, потому что яйцеклетка и сперматозоиды встречаются в чашке Петри. То есть сперматозоиды избегают вообще всех препятствий. Когда IVF только разрабатывалась, тенденцией было использовать слишком много сперматозоидов — хотели повысить успех оплодотворения. Но при этом игнорировались естественные процессы: высокое количество сперматозоидов, между 50000 и 0,5 миллиона, наоборот, снижало уровень успешности. Оптимальный уровень достигается в районе 25000 сперматозоидов вокруг яйцеклетки.

Возможность полиспермии проливает свет на эволюцию половой системы. У видов, где есть прямая конкуренция между самцами, эволюционно количество сперматозоидов увеличилось. Но самки не остались в долгу — им-то полиспермия не выгодна, поэтому у них развились механизмы, ограничивающие количество сперматозоидов вокруг яйцеклетки. У тех приматов, которые предаются промискуитету, например у шимпанзе, наблюдается увеличенная длина яйцевода, и это компенсирует повышенное количество сперматозоидов.

Есть ещё много неразрешённых вопросов — например, какую функцию выполняют «пустышки», явно физически неполноценные сперматозоиды, у которых, например, маленькая головка или два хвоста. Была гипотеза, что они могут выполнять функцию блокирования спермы других самцов, но она была опровергнута.

Идея о «гонке сильнейших и быстрейших» абсурдна ещё и потому, что некоторые сперматозоиды хранятся во влагалищных криптах. Уже давно известно, что сперматозоиды могут выживать во влагалище до двух дней. Однако с 1970 года стало известно, что время выживания может достигать и пяти дней. Дальше — больше: сейчас принято считать, что сперматозоиды могут выживать во влагалище в течение 10 дней и более.

К сожалению, наши знания о хранении сперматозоидов в криптах ограничены одним исследованием, которое провёл в 1980 году Вацлав Инслер (Vaclav Insler) и его коллеги в Тель-Авивском университете (ивр. ביבא לח חטים דב ינוא). В этом исследовании 25 женщин, которые должны были в ближайшее время пройти гистерэктомию (хирургическое извлечение матки), согласились на эксперимент. Им ввели сперму, а затем команда Инслера под микроскопом её изучала. В течение двух часов сперматозоиды осели на стенках влагалища по всей его длине. Размер крипт варьировался. Сперма в основном сохранялась в более крупных. Инслер и коллеги подсчитали количество крипт со спермой и количество спермы в каждой крипте. По итогам, у некоторых женщин сохранялось до 200 000 сперматозоидов.

В том же исследовании сообщается, что живые сперматозоиды во влагалище присутствовали до девятого дня после осеменения. Исследователи заключили, что влагалище играет роль резервуара, из которого сперма с ходом времени выходит «в свободное плавание». К сожалению, дальнейших исследований проведено не было.

Сэр Роберт Эдвардс (Robert Geoffrey Edwards), автор методики экстракорпорального оплодотворения, упомянул в своей книге крипты лишь один раз и мимолётом. Другие авторы также не особо ими интересовались. Но хранение и мерное освобождение спермы из крипт имеет большое значение: так, если верить, что сперма выживает во влагалище только два дня, то «окно фертильности» — интервал, когда женщина может забеременеть — оказывается одним, а если следовать Инслеру и коллегам и считать, что она хранится около 10 дней, то окно фертильности оказывается совсем другим. Исходя из этого, одно из народных средств контрацепции — посмотреть на структуру влагалищных выделений и сделать суждение об овуляции — никуда не годится.

Другой миф — это то, что у мужчин сохраняется ненарушенная фертильность даже в преклонном возрасте, тогда как у женщин наступает менопауза. Есть много данных, которые говорят о том, что у мужчин количество сперматозоидов и их качество уменьшаются по мере того, как они стареют. Исследования показали, что генетические мутации накапливаются в сперматозоидах в четыре раза быстрее, чем в яйцеклетках. Поэтому забеременеть от пожилого мужчины гораздо опаснее, чем завести ребёнка от немолодой женщины.

Возраст заведения первого ребёнка в обществах с постиндустриальной экономикой растёт, и распространена практика в молодом возрасте замораживать несколько яйцеклеток для дальнейшего использования. Мужчинам тоже бы стоило взять на вооружение подобную практику и замораживать здоровые сперматозоиды.

Подводя итог, сейчас история с гомункулами кажется нам смешным показателем ненаучности мышления того времени. Однако андроцентризм, свойственный этой теории, сохранился и сейчас, так как до сих пор во многих кругах считают, что роль мужских половых клеток в оплодотворении важнее, чем женских, хотя это совсем не так, и половые процессы с обеих сторон имеют равно большое значение.

Александра «Renoire» Алексеева

Источники:

1. 22century.ru