Сперматозоид: строение и функции¶

Сперматозоид — мужская половая клетка (гамета) животных и большинства растений, обеспечивающая оплодотворение женской гаметы (яйцеклетки). У человека и других млекопитающих сперматозоид представляет собой высокоспециализированную подвижную клетку, обладающую жгутиком и минимальным объёмом цитоплазмы. Термин введён в научный оборот в XIX веке; само явление «семенных животных» впервые наблюдал в 1677 году нидерландский микроскопист Антони ван Левенгук.

¶Общая характеристика

Сперматозоид — гаплоидная клетка: он несёт одинарный набор хромосом, который при слиянии с яйцеклеткой восстанавливает диплоидность будущего организма. Основная биологическая задача гаметы — доставить отцовский генетический материал к месту оплодотворения, поэтому её строение подчинено подвижности и экономии ресурсов.

Размеры и форма сперматозоидов сильно различаются у разных видов. У человека длина клетки составляет около 50–70 мкм, из которых примерно 45 мкм приходится на жгутик. У некоторых ракообразных и червей сперматозоиды лишены жгутика и передвигаются амёбоидно, а у ряда растений (мхов, папоротников) они снабжены множеством жгутиков.

¶Строение

Сперматозоид млекопитающих принято делить на три отдела.

¶Головка

Головка содержит ядро с плотно упакованным хроматином и акросому — видоизменённый комплекс Гольджи, расположенный на переднем конце. Акросома несёт ферменты (гиалуронидазу, акрозин и другие), которые разрушают оболочки яйцеклетки и позволяют гамете проникнуть внутрь. Ядро занимает почти весь объём головки; цитоплазмы в ней крайне мало.

¶Шейка (связующий отдел)

В шейке расположены центриоли и начало осевой нити — аксонемы. Здесь же находятся митохондрии, образующие так называемую митохондриальную оболочку. Митохондрии снабжают жгутик энергией за счёт расщепления фруктозы и других субстратов, содержащихся в семенной жидкости.

¶Хвост (жгутик)

Жгутик — органелла движения, построенная по типу 9+2: девять пар микротрубочек по периферии и две центральные. Скольжение микротрубочек, обеспечиваемое белком динеином, вызывает волнообразные изгибы, продвигающие клетку вперёд. Скорость движения сперматозоида человека достигает 2–5 мм в минуту.

¶Образование и созревание

Сперматозоиды образуются в извитых семенных канальцах яичек в ходе сперматогенеза. Процесс включает несколько этапов:

размножение — деление сперматогониев митозом;
рост — накопление питательных веществ;
созревание — мейоз, в результате которого из одного сперматоцита образуются четыре гаплоидные клетки;
формирование — превращение сперматиды в зрелый сперматозоид.

Полный цикл у человека занимает около 64–75 дней. Созревшие клетки поступают в придаток яичка, где приобретают подвижность и способность к оплодотворению. Общий объём эякулята в норме составляет 2–5 мл и содержит десятки миллионов сперматозоидов; значительная часть клеток имеет дефекты строения и не участвует в оплодотворении.

¶Движение и оплодотворение

После попадания в женские половые пути сперматозоиды перемещаются за счёт работы жгутика, а также сокращений мускулатуры матки и труб. На пути к яйцеклетке происходит капацитация — изменение свойств мембраны, повышающее её проницаемость и активность акросомы. При контакте с яйцеклеткой акросома выделяет ферменты, разрушающие лучистый венец и блестящую оболочку; после проникновения одной гаметы оболочка меняет свойства и блокирует проникновение остальных (кортикальная реакция).

¶Патологии

Нарушения строения или подвижности сперматозоидов служат одной из частых причин мужского бесплодия. Различают:

астенозооспермию — снижение подвижности;
олигозооспермию — уменьшение числа клеток;
тератозооспермию — увеличение доли аномальных форм;
азооспермию — полное отсутствие сперматозоидов в эякуляте.

Для оценки этих показателей применяют спермограмму. Среди методов вспомогательных репродуктивных технологий используют интрацитоплазматическую инъекцию сперматозоида (ИКСИ), при которой гамету вводят в яйцеклетку микроинструментом.

¶Значение в науке и практике

Изучение сперматозоидов важно для биологии развития, генетики и медицины. Криоконсервация гамет применяется в программах сохранения фертильности, в животноводстве и в работе банков спермы. В судебной медицине исследование сперматозоидов используется для установления биологического родства и идентификации следов.

¶Интересные факты

Сперматозоид — одна из самых мелких клеток человеческого организма, тогда как яйцеклетка — одна из самых крупных.
Из миллионов гамет, попадающих в женские половые пути, до яйцеклетки обычно добираются лишь сотни, а оплодотворяет её одна.
Хвост сперматозоида вращается не как пропеллер, а совершает волнообразные движения, что было уточнено методами трёхмерной микроскопии в 2020-х годах.

Источники: учебники по гистологии и эмбриологии, материалы Большой российской энциклопедии, публикации по репродуктивной медицине.