Oplodnění

Rozbalit box

Obsah boxu

Oplodnění (též oplození, latinsky fertilisatio), v botanice také opylení a oplození nebo singamie, je proces splynutí dvou pohlavních buněk (gamet) za vzniku buňky nové, takzvané zygoty. Oplodnění je klíčovým momentem pohlavního rozmnožování, protože dochází k obnovení kompletní sady chromozomů a ke vzniku jedince s novou a unikátní kombinací genetické informace od obou rodičů.

Proces zahrnuje nejen samotné splynutí buněk, ale i řadu předcházejících a navazujících kroků, které zajišťují, že se setkají správné gamety a že se nově vzniklý organismus může začít správně vyvíjet. U různých skupin organismů, jako jsou živočichové, rostliny nebo houby, má proces oplodnění svá specifika.

🧬 Základní principy

Základním principem oplodnění je spojení dvou haploidních buněk (gamet), z nichž každá nese pouze jednu sadu chromozomů (u člověka 23 chromozomů). Splynutím vzniká diploidní zygota, která již obsahuje dvě sady chromozomů (u člověka 46), tedy kompletní genetickou výbavu pro vývoj nového jedince.

Samčí gameta: Obvykle je menší, pohyblivá a produkovaná ve velkém množství. U živočichů se nazývá spermie, u rostlin spermatická buňka (v pylovém zrnu).
Samičí gameta: Je výrazně větší, nepohyblivá a obsahuje zásobu živin pro počáteční vývoj embrya. U živočichů se nazývá vajíčko (ovum), u rostlin vaječná buňka (oosféra).

Oplodnění zajišťuje dvě klíčové funkce evoluční biologie:

Rekombinace: Míchání genetického materiálu od dvou různých rodičů vytváří nové kombinace alel, což zvyšuje genetickou variabilitu populace. Tato variabilita je základním předpokladem pro přírodní výběr a adaptaci druhu na měnící se podmínky.
Obnova diploidie: Proces meiózy, který předchází vzniku gamet, redukuje počet chromozomů na polovinu. Oplodnění tento počet opět obnovuje na plný stav, čímž udržuje druhově specifický počet chromozomů napříč generacemi.

🧍 Oplodnění u člověka

U člověka se jedná o vnitřní oplodnění, které probíhá v těle ženy, konkrétně v horní části vejcovodu. Celý proces je komplexní a závisí na přesném načasování a souhře mnoha fyziologických faktorů.

🥚 Cesta vajíčka

Přibližně jednou za měsíc během ovulace dochází k uvolnění zralého vajíčka z vaječníku. Vajíčko je následně zachyceno řasinkami na konci vejcovodu a je pomalu transportováno směrem k děloze. Vajíčko je schopné oplodnění přibližně 12–24 hodin po ovulaci.

Spermie a jejich cesta

Při pohlavním styku je do pochvy ženy uvolněno 200 až 500 milionů spermií. Ty musí podstoupit náročnou cestu přes děložní čípek a dělohu až do vejcovodů. Během této cesty většina spermií zahyne. Ty, které přežijí, procházejí procesem zvaným kapacitace, při kterém se mění jejich povrchová membrána, což jim umožňuje proniknout do vajíčka. Spermie mohou v ženském reprodukčním traktu přežít a zůstat schopné oplodnění až 5 dní.

💥 Akrozomální a kortikální reakce

Když spermie dorazí k vajíčku, musí proniknout jeho ochrannými obaly.

Akrozomální reakce: Na hlavičce spermie se nachází váček zvaný akrozom, který obsahuje enzymy. Při kontaktu s vnějším obalem vajíčka (zona pellucida) se tyto enzymy uvolní a naruší obal, což umožní spermii proniknout dovnitř.
Splynutí membrán: Po průniku jednou spermií dojde ke splynutí její membrány s membránou vajíčka. Genetický materiál spermie (hlavička s jádrem) vstupuje do cytoplazmy vajíčka.
Kortikální reakce: Okamžitě po průniku první spermie dojde ve vajíčku k tzv. kortikální reakci. Z váčků pod povrchem vajíčka se uvolní látky, které chemicky změní strukturu zona pellucida. Ta ztvrdne a stane se nepropustnou pro další spermie. Tímto mechanismem, známým jako blok proti polyspermii, je zajištěno, že vajíčko je oplodněno pouze jednou spermií.

🧬 Vznik zygoty

Po vstupu spermie do vajíčka dokončí vajíčko své druhé meiotické dělení. Jádro spermie a jádro vajíčka se přemění na tzv. prvojádra (pronukley), která se k sobě přiblíží a nakonec splynou. Tímto okamžikem je obnoven plný diploidní počet chromozomů (46) a vzniká jednobuněčná zygota, první buňka nového jedince. Zygota se téměř okamžitě začíná mitoticky dělit (rýhovat) a pokračuje v cestě vejcovodem do dělohy, kde se po několika dnech uhnízdí (implantuje) v děložní sliznici.

🐾 Oplodnění v živočišné říši

V živočišné říši existují dva základní typy oplodnění.

🌊 Vnější oplodnění

Tento typ je charakteristický pro většinu vodních živočichů, jako jsou ryby, obojživelníci, koráli nebo ostnokožci. Samice a samec uvolňují své pohlavní buňky (jikry a mlíčí) přímo do vodního prostředí, kde dochází k jejich náhodnému setkání a splynutí. Tento způsob je méně efektivní a vyžaduje produkci obrovského množství gamet, aby se zvýšila pravděpodobnost úspěšného oplodnění. Často je synchronizován vnějšími faktory, jako je teplota vody nebo fáze Měsíce.

🎯 Vnitřní oplodnění

Vnitřní oplodnění je typické pro suchozemské živočichy (savci, ptáci, plazi, hmyz) a také pro některé vodní druhy (žraloci, některé ryby). Samec vpravuje spermie přímo do pohlavního traktu samice pomocí kopulačního orgánu nebo spermatoforu (schránky se spermiemi). Tento způsob výrazně zvyšuje pravděpodobnost setkání gamet a umožňuje vývoj zárodku v chráněném prostředí těla matky nebo ve vaječné schránce.

🌱 Oplodnění v rostlinné říši

U rostlin je proces oplodnění často spojen s předchozím procesem opylení, což je přenos pylového zrna na bliznu (u krytosemenných) nebo na vajíčko (u nahosemenných).

🌸 Dvojité oplodnění u krytosemenných rostlin

Krytosemenné rostliny mají unikátní proces zvaný dvojité oplodnění, který je jedním z jejich klíčových evolučních znaků.

Po dopadu pylového zrna na bliznu začne pylové zrno klíčit a vyrůstá z něj pylová láčka, která prorůstá čnělkou až k semeníku.
Pylová láčka obsahuje dvě samčí pohlavní buňky (spermatické buňky).
Když láčka dorazí k zárodečnému vaku uvnitř vajíčka, dojde ke dvěma samostatným oplodňovacím dějům:
- První spermatická buňka oplodní vaječnou buňku a vznikne diploidní zygota, ze které se vyvine embryo (zárodek) nové rostliny.
- Druhá spermatická buňka oplodní centrální, tzv. diploidní jádro zárodečného vaku. Vznikne tak triploidní buňka (3n), ze které se vyvine endosperm – vyživovací pletivo, které slouží jako zásoba živin pro embryo v semeni.

Tento proces je vysoce efektivní, protože rostlina investuje energii do tvorby výživného pletiva pouze v případě, že došlo k úspěšnému oplodnění vaječné buňky.

🌲 Oplodnění u ostatních rostlin

U nahosemenných rostlin (např. jehličnany) dochází také k opylení větrem, ale oplodnění je jednoduché – jedna spermatická buňka oplodní vaječnou buňku. Proces od opylení k oplodnění může trvat i déle než rok.
U kapradin a mechů jsou samčí gamety (spermatozoidy) pohyblivé a musí se k vaječné buňce dostat vodním prostředím (např. v kapce deště). Jsou tedy na vodě závislé podobně jako živočichové s vnějším oplodněním.

🔬 Asistovaná reprodukce

Pokud má pár problémy s přirozeným početím, moderní medicína nabízí metody asistované reprodukce. Nejznámější je in vitro fertilizace (IVF), neboli "oplodnění ve zkumavce".

IVF (In Vitro Fertilizace): Ženě jsou hormonálně stimulovány vaječníky k produkci více vajíček, která jsou následně odebrána. V laboratorních podmínkách jsou tato vajíčka smíchána se spermiemi partnera v misce, kde dojde k oplodnění. Vzniklá embrya jsou pak po několika dnech kultivace přenesena do dělohy ženy.
ICSI (Intracytoplazmatická injekce spermie): Jde o metodu používanou v rámci IVF, zejména při problémech s kvalitou spermií. Jediná vybraná spermie je pomocí mikropipety vpravena přímo do cytoplazmy vajíčka, čímž se obchází přirozené bariéry.

💡 Pro laiky: Jak vzniká nový život?

Představte si oplodnění jako spojení dvou polovin plánu na stavbu domu. Polovinu plánu (genetickou informaci ve formě DNA) přináší spermie od otce a druhou polovinu vajíčko od matky. Každá polovina sama o sobě nestačí. Teprve když se tyto dvě poloviny spojí, vznikne kompletní a jedinečný stavební plán pro nového člověka. Tato první kompletní buňka se nazývá zygota. Z ní se pak postupným dělením a specializací buněk vyvine celý složitý organismus. U kvetoucích rostlin je to podobné, ale navíc tam dochází k druhému spojení, které vytvoří "svačinu" (zásobu živin) pro budoucí semínko, aby mělo z čeho růst, než si dokáže vyrobit energii samo.

📜 Historie výzkumu

17. století: Antoni van Leeuwenhoek jako jeden z prvních pozoroval spermie pod mikroskopem a nazval je "animalcules" (zvířátka). Dlouho se vedly spory mezi preformacionisty, kteří věřili, že v gametě je již přítomen miniaturní hotový jedinec (homunkulus).
19. století: Oscar Hertwig v roce 1876 jako první detailně popsal splynutí jader spermie a vajíčka u mořské ježovky, čímž definitivně potvrdil podstatu oplodnění.
20. století: S rozvojem genetiky a molekulární biologie byly objasněny chromozomální a molekulární mechanismy oplodnění. V roce 1978 se narodilo první "dítě ze zkumavky", Louise Brownová, což odstartovalo éru asistované reprodukce.

Šablona:Aktualizováno