Почему слишком много сперматозоидов портят яйцо

Источник: Оригинальный мультфильм от Alex Martin

Хорошо документированные отчеты, охватывающие 25 лет, дали убедительные доказательства того, что количество сперматозоидов падает в промышленно развитых странах. (См. Мой 20 апреля 2017 г. « Going, Going, Gone». Считается, что сперматозоиды людей падают . ) Падение более 50 процентов в подсчетах за 40-летний период, наконец, вызвало активный интерес со стороны средств массовой информации, вызвав ужасные предупреждения о надвигающемся исчезновении человека , Хотя многие считают это хорошей новостью для планеты, вряд ли это произойдет достаточно быстро. Более того, эта история имеет редко упоминаемый флип-бок: мало обсуждаемые результаты показывают, что слишком много сперматозоидов также могут нанести вред фертильности.

Диаграмма спермы человека, показывающая ядро, содержащее гаплоидный набор из 23 хромосом в голове. Набор включает в себя одну половую хромосому, либо X, либо Y.

Источник: Адаптировано по диаграмме от AGeremia (собственная работа); через Wikimedia Commons, файл, лицензированный под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Оплодотворение более чем одной спермой

Широко известно, что оплодотворение яйцеклетки млекопитающих более чем на одну сперму ( полиспермия ) оказывает катастрофическое воздействие. Когда производятся половые клетки (яйца и сперматозоиды), обычное количество хромосом уменьшается вдвое. Клетки человеческого тела обычно имеют 46 хромосом ( диплоидное число ), но половая клетка содержит только 23 ( гаплоидное число ). Сексуальная клетка содержит только одну половую хромосому, X в яйце и X или Y в сперме. Слияние спермы с яйцом при оплодотворении восстанавливает нормальное число хромосом, и получается примерно одинаковое количество женского (XX) и мужского (XY) потомства. Если две спермы оплодотворят яйцо, все идет не так, что приводит к триплоидному потомству с 69 хромосомами с дополнительным набором в дополнение к нормальной материнской / родительской паре. Яйцо, оплодотворенное тремя спермиями, получает два дополнительных набора хромосом, в результате чего возникает квадрупольный индивидуум с 92 хромосомами. Дополнительные хромосомные наборы прямо вредят определению пола. У триплоидного человека, например, есть ненормальное сочетание половых хромосом (XXX, XXY или XYY).

Почти зрелое человеческое яйцо с его окружающими слоями (zona pellucida, corona radiata). Как и у других млекопитающих, желток ограничен относительно небольшим скоплением гранул, тогда как zona pellucida блокирует удобрение более чем одним сперматозоидом.

Источник: Викисклада, изображение в общественном достоянии (после О. Хертвига и Г. Ретциуса). Источник: Конклин Е.Г. (1914) Факты и факторы развития. Популярная наука Ежемесячно 84: 524.

Можно подумать, что у всех животных есть эффективные механизмы для предотвращения оплодотворения яйца более чем одним сперматозоидом. Однако, по крайней мере, некоторые виды рыб и птиц несколько сперматозоидов фактически оплодотворяют яйцо. Только после этого специальные механизмы гарантируют, что только один набор мужских хромосом способствует потомству. Итак, почему одноцелевое оплодотворение яйца является правилом для млекопитающих? Было предложено соединение с крошечным размером яйца млекопитающего, которое чрезвычайно мало, потому что оно не содержит желтка. Какова бы ни была причина, когда яйцо оплодотворено, два окружающих слоя – прозрачная внешняя зона пеллюцида и лежащая в основе яйцеклетка – обычно препятствуют проникновению дополнительных сперматозоидов.

• Для новых пап – Ключи к большому опыту
• После разговора: Контроль над рождаемостью и ЛГБ + Подростки
• Почему женщины тратят так много усилий на их появление
• Исчезновение проблем психического здоровья iGen
• Продвижение здоровых детей

Слишком много сперматозоидов, связанных с выкидышем

Джон МакЛауд и Рут Голд дали раннее указание на недостаток высоких показателей спермы в бумаге 1957 года. Они сравнивали качество спермы между мужчинами, чьи жены испытывали повторный выкидыш, и мужчины, которые родили по крайней мере трех нормальных живых детей, не вступая в неудачную беременность. Удивительно, но качество спермы было выше в группе выкидышей. Мужчины в этой группе имели значительно более высокие концентрации сперматозоидов (в среднем более 100 миллионов / мл) и более подвижные спермы (в среднем более 60 процентов). Почти в два раза больше (26 процентов против 14 процентов) имели концентрацию спермы, превышающую 200 миллионов / мл. MacLeod и Gold также отметили, что почти треть мужчин, которые произвели четыре или более живых детей без неудачной беременности, имели только умеренные концентрации спермы (20-59 миллионов / мл).

Сравнение концентраций сперматозоидов между мужчинами, чьи жены страдали 3 или более выкидышей и отцами 3 или более оставшихся в живых детей. Мужчины первой группы имели значительно более высокие концентрации сперматозоидов, при этом 26% имели более 200 миллионов / мл по сравнению с 14% для отцов с по меньшей мере тремя оставшимися в живых детьми.

Источник: Адаптировано из фигуры в MacLeod & Gold (1957).

Много позже, в 1975 году, Нагма-Э-Реан и его коллеги опубликовали анализ образцов спермы, собранных до вазектомии у 1300 мужчин, которые родили по меньшей мере двух детей. Концентрация спермы варьировала в широких пределах: от 1,5 до 375 миллионов / мл, в среднем 65 миллионов / мл. Пятнадцать мужчин (чуть более 1 процента) имели чрезвычайно высокие ценности. В этом экстремальном состоянии, известном как полизооспермия в медицинских кругах, концентрация спермы превышает 250 миллионов / мл, а общее количество сперматозоидов превышает 800 миллионов. Супруги шести из этих мужчин (40 процентов) испытали по крайней мере один выкидыш, по сравнению с общей ставкой 7 процентов. Для жен 25 мужчин, у которых количество сперматозоидов составляло менее 10 миллионов / мл, но родилось у двух или более детей, этот показатель составлял всего 4 процента.

• Менопауза, мыши и топы
• Когда есть депрессия, а не депрессия? Часть 1
• Является ли курение марихуаной во время беременности вредной?
• Будет ли женская партия повышать благосостояние?
• Зачем жениться?

Резюме хромосомных аномалий, обнаруженных при крупномасштабном обследовании ткани от выкидышей. Во многих случаях, таких как синдром Дауна, существует только одна дополнительная хромосома (трисомия), в результате чего в общей сложности 47 (желтые полосы). Добавление одного или двух целых наборов хромосом вызывает триплоидию (с 69 хромосомами) и квадрупоиды (92 хромосомы) соответственно (красные бары). Tr = транслокации хромосом.

Источник: Адаптировано из фигуры в Boué et al. (1975)

Несколько исследований фетального материала от выкидышей показали, что основные хромосомные аномалии часто присутствуют. В 1975 году Joëlle Boué и его коллеги опубликовали историческое исследование 1500 случаев. Анализируя относительные частоты различных типов хромосомной аномалии, они подсчитали, что какая-то аберрация происходит в половине всех концепций. Среди этих аберраций около 20 процентов имели 69 хромосом (триплоидия), которые могли возникнуть из двух сперматозоидов, оплодотворяющих яйцо, в то время как еще 6 процентов имели 92 хромосомы (quadruploidy), что потенциально указывало три удобрения спермы.

Феты с дополнительными наборами хромосом

Оплодотворение яйца двумя спермами приводит к наличию набора триплоидной хромосомы, включая три половые хромосомы. Однако это условие может возникнуть двумя другими способами. Во-первых – из-за ошибки развития – у спермы иногда могут быть два набора хромосом вместо обычного. Такая сперма, оплодотворяющая яйцо, дала бы триплоидное состояние. Во-вторых, аномальное яйцо с двумя наборами хромосом может быть оплодотворено нормальной спермой.

Несколько медицинских исследований дали прямые доказательства двойного оплодотворения яиц человека, как правило, с фатальными последствиями. Почти все концепции с триплоидией устраняются в утробе матери, а немногие, которые делают это к рождению, выживают всего несколько часов. В докладе 1977 года от Норы Блэквелл и его коллеги описал младенца с множественными тяжелыми аномалиями, которые умерли вскоре после рождения. Было обнаружено, что имеется 69 хромосом, включая три половые хромосомы (XXY). Особенности некоторых хромосом, которые могли прийти только от отца, убедительно показали, что две спермы оплодотворили яйцо.

Вскоре после этого Патрисия Джейкобс и его коллеги следовали этому отчету о каждом конкретном случае с обзором истоков человеческих триплоидов. Их новаторская бумага 1978 года обследовала все выкидыши в течение двух лет в гавайском родильном доме. Для 21 из 26 выкидышных плодов с триплоидией они смогли идентифицировать источник дополнительных хромосом. Дополнительный набор хромосом пришел от отца в 17 случаях и от матери в 3, и один случай остался неразрешенным. Дальнейшие расчеты показали, что две трети триплоидов являются результатом оплодотворения двумя спермами, четверть от оплодотворения одной спермой с двойным набором хромосом и только один из десяти от нормальной спермы, проникающей в яйцеклетку с двумя наборами хромосом. Джейкобс и его коллеги отметили, что триплоидия относительно распространена у людей, оценивая, что она затрагивает от 1 до 3 процентов всех обнаруживаемых концепций.

Получив более совершенные методы, в 2000 году Цинхуа Ши и Рене Мартин сообщили об обнаружении числа аберрантных хромосом в более чем 200 000 спермах у 10 здоровых китайских мужчин по сравнению с аналогичной выборкой из 10 здоровых канадцев. Средняя частота диплоидных сперматозоидов, содержащих 46 хромосом, была заметно низкой, менее 0,4%. Несмотря на значительные различия между донорами в возникновении диплоидных сперматозоидов, не было никакого общего различия между китайскими и канадскими мужчинами. Также в 2000 году Майкл Сарагоса и его коллеги сообщили об исследовании родительского происхождения хромосом в 91 выкидыше с триплоидией. Они подтвердили, что большинство случаев было обусловлено оплодотворением яйца двумя спермами.

Последствия полиспермии

Таким образом, есть явные свидетельства того, что мужчины могут производить слишком много спермы, а не слишком мало. Но дискуссии о количестве сперматозоидов у людей и других млекопитающих обычно сосредоточены исключительно на необходимости больших количеств, без ссылки на риск чрезмерных концентраций спермы, которые могут угрожать развитию плода. По этой причине текущие односторонние представления о «конкуренции спермы» нуждаются в тщательном повторном рассмотрении. Как отметил эксперт по сперме, Майкл Бедфорд, в проницательной статье за ​​2008 год: «… следует опасаться концепции, что существует« гонка »для достижения неоплодотворенных яиц в зависимости от скорости спермы и изображений медикаментов, показывающих много сперматозоидов, предположительно конкурирующих за неоплодотворенное яйцо ".

^{Рекомендации}

^{Бедфорд, JM (2008) Пазлы оплодотворения млекопитающих – и за его пределами. Международный журнал биологии развития 52 : 415-426.}

^{Blackwell, NJ, Keeling, JW & Lindenbaum, RH (1977) Диспермное происхождение триплоиды 69, XXY. Генетика человека 32 : 121-124.}

^{Boué, J., Boué, A. & Lazar, P. (1975) Ретроспективные и перспективные эпидемиологические исследования 1500 кариотипированных спонтанных абортов человека. Тератология 12 : 11-26.}

^{Gardner, AJ & Evans, JP (2006) Блок мембран млекопитающих для полиспермии: новые идеи о том, как яйца млекопитающих предотвращают оплодотворение несколькими спермами. Воспроизводство, Рождаемость и развитие 18 : 53-61.}

^{Охотник, RHF (1996). Контроль яичников с очень низким соотношением спермы / яиц в начале оплодотворения млекопитающих во избежание полиспермии. Молекулярное размножение и развитие 44: 417-422.}

^{MacLeod, J. & Gold, RZ (1957) Мужской фактор в рождаемости и бесплодии. IX. Качество семени по отношению к несчастным случаям беременности. Плодовитость и стерильность 8 : 36-49.}

^{Naghma-E-Rehan, Sobrero, AJ & Fertig, JW (1975) Сперма плодородного человека: статистический анализ 1300 мужчин. Плодовитость и стерильность 26 : 492-502.}

^{Shi, Q. & Martin, RH (2000) Спонтанные частоты анеуплоидной и диплоидной спермы у 10 нормальных китайских мужчин: оцениваются с помощью многоцветной флуоресценции in situ гибридизации. Цитогенетика и генетика клеток 90 : 79-83.}

^{Snook, RR, Hosken, DJ & Karr, TL (2011). Биология и эволюция полиспермии: анализ клеточных и функциональных исследований центросомы спермы; поведение в оплодотворенной яйце. Воспроизведение 142 : 779-792.}

^{Zaragoza, MV, Surti, U., Redline, RW, Millie, E., Chakravarti, A. & Hassold, TJ (2000) Родительское происхождение и фенотип триплоидии при спонтанных абортах: Преобладание диандри и ассоциация с частичным гидратидным молем. Американский журнал генетики человека 66 : 1807-1820.}