Кіріспе
Жұмыртқаның бірнеше сперматозоидпен ұрықтануы
Биологияда полиспермия – жұмыртқаның бірнеше сперматозоидпен ұрықтануы. Диплоидты организмдерде әр хромосоманың екі данасы болады, олардың біреуі анадан, екіншісі әкеден. Ал полиспермия нәтижесінде пайда болған жасушада әр хромосоманың үш немесе одан да көп данасы болады – біреуі жұмыртқадан, ал қалғандары бірнеше сперматозоидтан. Әдетте, мұның нәтижесі тірі қалуға жарамсыз зигота болады. Бұл сперматозоидтардың ұрықтандыру үшін бәсекелестік қысымының нәтижесінде жұмыртқаға тиімдірек жетуіне және оны ұрықтандыруына байланысты болуы мүмкін. Мұндай жағдай әйел үшін зиянды: яғни, сперматозоидтар арасындағы еркектер арасындағы бәсекелестік жыныстық қақтығысқа алып келеді.
Физиологиялық полиспермия
Физиологиялық полиспермия жұмыртқаның қалыпты жағдайда бірден көп сперматозоидты қабылдауымен, бірақ көптеген сперматозоидтардың тек біреуінің ғана ядросы жұмыртқаның ядросымен бірігуімен жүзеге асады. Физиологиялық полиспермия омыртқалылар мен омыртқасыздардың кейбір түрлерінде кездеседі. Кейбір түрлер өз ұрпағын дамытудың қалыпты механизмі ретінде физиологиялық полиспермияны пайдаланады. Мұндай жануарлардың қатарына құстар, ктенофоралар, бауырымен жорғалаушылар және қосмекенділер жатады. Амниотты немесе анамниотты омыртқалы жануарлардың кейбір түрлері, оның ішінде уродельді қосмекенділер, хрящты балықтар, құстар және бауырымен жорғалаушылар, сары жұмыртқаларының ішкі ұрықтандырылуына байланысты физиологиялық полиспермияға ұшырайды. Сперматозоидтар жұмыртқаның цитоплазмасындағы бос кальций иондарының концентрациясын арттыру арқылы жұмыртқаның белсенділігін қозғауға мүмкіндік береді. Бұл процестің өзі физиологиялық және мономерлік полиспермия түрлерінде маңызды рөл атқарады. Кальцийдің деңгейінің жоғарылауы жұмыртқаның белсенділігіне себеп болады, содан кейін жұмыртқа биохимиялық және морфологиялық өзгерістерге ұшырайды. Сүтқоректілер мен теңіз ежіндерінде кальций концентрациясының күрт өсуі жұмыртқаға кальций иондарының енуінен туындайды. Бұл кальций иондары қабықшалық түйіршік реакциясы үшін жауапты және жұмыртқаның эндоплазмалық торшасында сақталады. Физиологиялық полиспермиядан өзгеше, моноспермиялық ұрықтандыру барлық түрлердегі қалыпты көбею процесі болғандықтан, жұмыртқаның кальций толқындарын талдаумен айналысады. Физиологиялық полиспермияға ұшырайтын түрлерде жұмыртқаның ішінде полиплоидияны болдырмауға бағытталған механизмдер жұмыс істейді, бұл жұмыртқа сыртындағы полиспермиялық блоктан мүлдем өзгеше.
Құс пен зебралы құс жұмыртқасына бірнеше сперматозоид қажет
"Нью-Йорк таймс" газетінде хабарланғандай, Proceedings of the Royal Society B журналында Шеффилд университетінің эволюциялық биологы доктор Никола Хемингс, сондай-ақ зерттеу авторларының бірі, зебралы кескіштер мен тауықтардың жұмыртқаларына сәтті ұрықтану мен құс ұрығының дамуын қамтамасыз ету үшін 10-нан жүздегенге дейін көптеген сперматозоидтардың енуі қажет екенін мәлімдеді.
Полиспермияны бұғаттау
Полиспермия адам көбеюінде өте сирек кездеседі. Жұмыртқа түтігіне жүзіп жеткен сперматозоидтар санының азаюы – адамдарда полиспермияның алдын алудың екі жолының бірі. Екінші механизм – ұрықтанған жұмыртқада сперматозоидтардың тоқтатылуы. Developmental Biology Interactive мәліметінше, егер жұмыртқа бірнеше сперматозоидпен ұрықтанса, эмбрион әртүрлі әкелік центриольдарға ие болады. Мұндай жағдайда қосымша хромосомалар үшін күрес туындайды. Бұл бәсекелестік бөліну саңылауының қалыптасуын бұзып, зиготаның өліміне алып келеді. Адамда бала тууға әкеп соққан полиспермияның тек екі жағдайы ғана тіркелген.
Полиспермияның жылдам блогы
Жыныстық көбейтуге қабілетті организмдердің жұмыртқалары осы жағдайды болдырмау үшін бейімделген. Осы қорғаныс теңіз кірпісінде ерекше жақсы сипатталған, олар бір сперматозоидты қабылдағанда, келесі сперматозоидтардың жұмыртқаға сәтті енуін тежейді. Ұқсас қорғаныс басқа эукариоттарда да кездеседі. Теңіз кірпісінде полиспермияның алдын алу жұмыртқа бетіндегі электр зарядының өзгеруіне байланысты, бұл өзгеріс бірінші сперматозоидтың жұмыртқамен бірігуінен туындайды. Құнарсыздандырылмаған теңіз кірпісі жұмыртқасының ішкі жағы теріс зарядталған, бірақ ұрықтанғанда заряд оңға өзгереді. Теңіз кірпісі сперматозоидтары оң зарядталған жұмыртқамен кездескенде, сперматозоид пен жұмыртқаның бірігуіне кедергі келтіріледі. Осылайша, бірінші сперматозоид жұмыртқамен байланысқаннан кейін және зарядтың өзгеруіне себеп болғаннан кейін, келесі сперматозоидтардың бірігуіне жол берілмейді. Бұл "электрлік полиспермиялық тоқтату" деп аталады, себебі сперматозоидтың сыртқы қабығындағы оң зарядталған молекула жұмыртқа бетіндегі оң зарядтан тебіледі деп есептеледі. Электрлік полиспермиялық тоқтатулар бақалар, моллюскалар және теңіз құрттары сияқты көптеген жануар түрлерінде жұмыс істейді, бірақ зерттелген кейбір сүтқоректілерде (мысық, қоян, егеуқұйрық) жұмыс істемейді. Электрлік тоқтатуы жоқ түрлерде полиспермияны алдын алу үшін полиспермияға механикалық кедергі жасайтын материалдар бөлінеді. Теңіз кірпісі сияқты жануарлар полиспермияны алдын алудың екі сатылы стратегиясын қолданады, онда жылдам, бірақ уақытша электрлік тоқтату бірінші минуттан кейін баяу дамитын, тұрақты механикалық тоқтатумен алмастырылады. Электрлік тоқтатулар, теңіз кірпісі сияқты жануарларда болатындай, көптеген сперматозоидтардың бір уақытта жұмыртқа бетіне жеткенде полиспермияға өте жылдам тоқтату қажет болатын түрлерде тиімді. Теңіз кірпісінде ұрықтану мұхитта сыртқы ортада жүреді, сондықтан жүздеген сперматозоидтар бірнеше секунд ішінде жұмыртқамен кездесе алады.
Полиспермияның баяу блогы
Сүтқоректілерде, ұрықтандыру ішкі жағдайда жүзеге асатындықтан, ұрық түтігіне жететін сперматозоидтардың саны азырақ болады. Бұл әйелдің жыныс жолдарының жұмыртқаға жететін сперматозоидтар санын барынша азайтуға бейімделуінің нәтижесі болуы мүмкін. Дегенмен, сүтқоректілерде полиспермияны болдырмау механизмдері маңызды; секрециялық реакция, "кортикалық реакция" жұмыртқаның сыртқы қабығын (зона пеллюцида) өзгертеді, ал толық түсінілмеген қосымша механизмдер жұмыртқаның плазмалық мембранасын өзгертеді. Зона пеллюцида кортикалық түйіршіктерден бөлінетін серин протеазаларымен модификацияланады. Протеазалар жасуша мембранасы мен вителлин қабығы арасындағы белок байланысын бұзады, басқа сперматозоидтардың байланысқан рецепторларын жояды және кортикалық түйіршіктерден ұрықтандыру қабығының қалыптасуына көмектеседі. Кортикалық реакция ооцит ішіндегі кальций осцилляцияларының нәтижесінде жүзеге асады. Мұндай осцилляцияларды тудыратын ПЛК-зета, кальций концентрациясына өте сезімтал, сперматозоидтарға тән фосфолипаза. Алғашқы сперматозоидтар ооцитке енгенде, ол ПЛК-зетаны ооциттің базалық кальций концентрациясымен белсендіреді, IP3 қалыптасуын бастайды және эндоплазмалық ретикулумнан кальцийдің шығарылуын тудырып, кальций концентрациясының осцилляцияларын жасайды, бұл ооцитті белсендіреді және полиспермияны тоқтатады.
Эволюциялық артықшылық
Әйелдердің қорғаныс механизмдері одан да агрессивті еркек сперматозоидтарын іріктейді, бірақ бұл эволюциялық қарулану жарысына алып келеді. Бір жағынан, полиспермия тірі қабілетсіз зиготаларды тудырып, әйелдің репродуктивтік қабілетін төмендетсе, екінші жағынан, қорғаныс шаралары ұрықтандыруды толығымен болдырмауы мүмкін. Бұл екеуі арасындағы нәзік тепе-тәуелділікке әкеледі және сүтқоректілерде байқалатын салыстырмалы түрде жоғары сүексіздік деңгейінің себептерінің бірі ретінде қарастырылады. Кейбір түрлерде полиспермияға рұқсат етіледі, нәтижесінде бірнеше сперматозоид жұмыртқаға еніп, зиян келтірмейтін көбейтуге қабілетті ұрпақ тудырады.