В предыдущей статье я рассказал о том, как сперматозоиды демонстрируют несократимую сложность. Здесь я расскажу о важности семенной жидкости и о том, как она вносит свой вклад в создание непредсказуемо сложного ядра компонентов, необходимых для успешной репродукции. Затем я рассмотрю процесс капацитации сперматозоидов – механизм, который подготавливает сперматозоиды к успешному слиянию с яйцеклеткой.

Семенная жидкость

Как я уже упоминал в предыдущей статье, при каждой эякуляции выделяется от двухсот до пятисот миллионов сперматозоидов, окруженных семенной жидкостью. Такое огромное количество необходимо для того, чтобы иметь значительные шансы на оплодотворение яйцеклетки, поскольку во время плавания по матке и маточным трубам сперматозоиды сталкиваются с множеством опасностей. После эякуляции миллионы высвободившихся сперматозоидов либо вытекают из влагалища, либо погибают в его кислой среде. Сперматозоиды также должны пройти через шейку матки и отверстие в матку, для чего необходимо пройти через цервикальную слизь. Хотя во время фертильного периода слизь разжижается до более жидкой консистенции, что делает ее более благоприятной для сперматозоидов, миллионы сперматозоидов все равно погибнут, пытаясь пробиться через слизь. Кроме того, женский репродуктивный тракт обладает иммунной защитой, которая защищает от патогенных микроорганизмов. Эти защитные механизмы могут также нацеливаться на чужеродные клетки, такие как сперматозоиды, и уничтожать их. Антитела могут распознать сперматозоиды как чужеродных захватчиков и привести к их инактивации или уничтожению. В фаллопиевой трубе также есть крошечные реснички, которые продвигают яйцеклетку к матке. Некоторые из оставшихся сперматозоидов застревают в ресничках и погибают. Только небольшая горстка первоначальных сперматозоидов доберется до яйцеклетки. Таким образом, для того чтобы яйцеклетка была оплодотворена, необходимо выпустить сотни миллионов сперматозоидов.

Семенная жидкость также содержит необходимые питательные вещества, поддерживающие жизнедеятельность и подвижность сперматозоидов. К ним относится фруктоза, которая служит источником энергии для сперматозоидов, обеспечивая производство АТФ в митохондриях, а также другие сахара, аминокислоты и ферменты. Если бы семенная жидкость не содержала фруктозу, которая служит источником энергии для митохондрий, это имело бы серьезные последствия для подвижности и жизнеспособности сперматозоидов.

Семенная жидкость также является щелочной. Это важно, поскольку влагалище имеет кислый рН, создаваемый нормальной флорой (бактериальной флорой) влагалища. Такая среда была бы неблагоприятна для сперматозоидов. Но щелочность семенной жидкости помогает нейтрализовать кислый рН влагалища, способствуя выживанию сперматозоидов.

После эякуляции семенная жидкость сначала сворачивается, образуя гелеобразную консистенцию. Эта коагуляция помогает удержать сперму во влагалище и шейке матки, предотвращая ее немедленное вытекание и тем самым значительно повышая шансы на успешное оплодотворение. Это происходит при воздействии воздуха или щелочной среды женского полового тракта, активизируя факторы свертывания, присутствующие в семенной жидкости, в том числе тканевую трансглутаминазу. Трансглутаминаза превращает семеногелин (основной белок семенной жидкости, выделяемый семенными пузырьками) в клейкий белок, называемый фибрином. Фибрин образует структуру, похожую на сеть, которая удерживает сперматозоиды и другие компоненты спермы.

Если бы сперма оставалась в таком состоянии, сперматозоиды были бы постоянно неподвижны и не смогли бы оплодотворить яйцеклетку. Однако со временем свернувшаяся сперма разжижается благодаря присутствующим в жидкости ферментам, которые постепенно разрушают фибриновую сеть, позволяя сперматозоидам двигаться более свободно. Анамтхатмакула и Винутаянон (Anamthathmakula and Winuthayanon) отмечают, что «процесс разжижения имеет решающее значение для обретения сперматозоидами подвижности и успешной транспортировки к месту оплодотворения в фаллопиевых трубах (или яйцеводах у животных). Гипервискозная сперма или неудача в разжижении является одной из причин мужского бесплодия».¹ На самом деле, воздействие на эти сериновые протеазы было предложено в качестве мишени для новых негормональных контрацептивов.²

С эволюционной точки зрения трудно представить себе сценарий, при котором коагуляция спермы развивалась бы без одновременного появления механизма разжижения. Это яркий пример неадаптивного промежуточного звена, которое препятствует эволюции путем естественного отбора.

Капацитация сперматозоида

Для того чтобы сперматозоид оплодотворил яйцеклетку, он должен пройти процесс капацитации. Это происходит в женском репродуктивном тракте. Процесс капацитации включает в себя ряд биохимических и физиологических изменений, которые подготавливают сперматозоид к успешному взаимодействию с яйцеклеткой и имеют решающее значение для приобретения сперматозоидом способности к оплодотворению.

Когда сперматозоиды эякулируют, на их поверхности находятся определенные молекулы и белки, которые препятствуют их способности оплодотворить яйцеклетку. Во время капацитации эти поверхностные молекулы, такие как холестерин и гликопротеины, удаляются или изменяются, позволяя сперматозоиду стать более восприимчивым к яйцеклетке. По мере капацитации меняется и характер подвижности сперматозоидов. Они подвергаются гиперактивации, которая характеризуется увеличением амплитуды и асимметричным биением хвоста. Гиперактивированные сперматозоиды демонстрируют энергичные движения, которые помогают им перемещаться по репродуктивному тракту женщины и достигать яйцеклетки. Капацитация также включает в себя изменения в составе и текучести мембраны сперматозоида. Эти изменения позволяют сперматозоидам лучше взаимодействовать с zona pellucida яйцеклетки. Акросома становится готовой к акросомной реакции, в результате которой высвобождаются ферменты, позволяющие проникнуть через мембрану яйцеклетки.

Капацитация связана с увеличением притока ионов кальция в сперматозоиды. Кальций играет важнейшую роль в различных внутриклеточных сигнальных процессах, необходимых для функционирования сперматозоидов и оплодотворения. Для более детального рассмотрения того, что известно о механизмах капацитации сперматозоидов, существуют хорошие обзоры на эту тему, к которым я и отсылаю читателей.^{3 4}

Вывод

Таким образом, различные особенности головки, средней части и жгутика, а также свойства семенной жидкости имеют решающее значение для достижения сперматозоидом яйцеклетки и ее оплодотворения. Если хотя бы одна из этих частей отсутствует или функционирует неправильно, сперматозоид становится полностью импотентным, и репродукция невозможна. Феномен человеческой репродукции указывает на наличие причины предвидения – той, что способна представить себе предначертанный результат и собрать воедино все необходимое для реализации конечной цели. Во Вселенной нет ни одной причины, которая обладала бы такой способностью к предвидению, кроме разумного замысла.