Czy komórka jajowa wybiera plemnik? Co naprawdę pokazują badania

Dlaczego opowieść o wyścigu jest błędna

Błąd nie tkwi w słowie „wyścig”. Tkwi w założeniu o tym, kto ustala reguły tego wyścigu.

Wyrusza kilkaset milionów plemników. W okolice komórki jajowej dociera od kilkuset do kilku tysięcy. Ta ogromna różnica nie jest wynikiem zawodów w szybkości, lecz tego, że żeński układ rozrodczy jest filtrem od początku do końca.

Po drodze plemniki są prowadzone i odsiewane przez kilka odrębnych mechanizmów:

• Reotaksja: plemniki mają skłonność do płynięcia pod prąd płynu, co wyławia te zmierzające we właściwą stronę.
• Termotaksja: okolica, w której znajduje się komórka jajowa, jest nieco cieplejsza od otoczenia, a plemniki orientują się według tej różnicy.
• Chemotaksja: sygnały chemiczne rozchodzące się wokół komórki jajowej przyciągają plemniki do źródła. Tu jest sedno.

Nie chodzi więc o to, że „wygrywa najszybszy”, lecz o to, że do finału dociera garstka plemników zdolnych skręcić we właściwą stronę, odczytać sygnał i przejść selekcję.

Jak komórka jajowa woła

Opuszczając jajnik, komórka jajowa nie jest sama: otacza ją chmura komórek wzgórka jajonośnego. Jedną z głównych substancji wydzielanych przez te komórki jest progesteron.

W miarę jak uwalniają progesteron, wokół komórki jajowej tworzy się gradient stężenia — jak ślad zapachowy, który tężeje bliżej źródła. Plemniki wychwytują ten gradient i płyną w stronę rosnącego stężenia. Wewnątrzkomórkowe szlaki sygnałowe też zostały opisane: najpierw uruchamia się kaskada z udziałem cyklicznego AMP, potem mobilizacja wapnia.

Kluczowe jest to: sygnał wytwarza strona komórki jajowej. Plemniki nie błądzą przypadkowo, by wreszcie na nią wpaść. Idą tam, gdzie są wołane.

Prawdziwe pytanie: czy wołanie jest takie samo dla wszystkich

To tutaj badanie opublikowane w 2020 roku zmieniło obraz.

Badacze z Manchester Metropolitan University i Uniwersytetu Sztokholmskiego porównali w Proceedings of the Royal Society B płyn pęcherzykowy pobrany od kobiet — ten, w którym rozwija się komórka jajowa i który zawiera substancje wabiące — z plemnikami różnych mężczyzn.

Wynik: płyn pęcherzykowy różnych kobiet konsekwentnie przyciąga plemniki różnych mężczyzn z różną siłą. Płyn jednej kobiety silniej przyciągał plemniki jednego mężczyzny, płyn innej — innego. Nie był to przypadkowy rozrzut, lecz powtarzalny wzorzec.

Najwięcej mówiono o drugim wyniku: ta chemiczna preferencja nie pokrywała się z wyborem partnera przez kobietę. Plemniki przyciągane najsilniej nie musiały być plemnikami jej partnera.

Autorzy ujęli to jako kryptyczny wybór samicy (cryptic female choice): selektywność działającą po kopulacji, na poziomie gamet i niezależnie od świadomej preferencji.

Czego ten wynik nie oznacza

Ta część jest tak samo ważna jak sam wynik, bo to tutaj nagłówki zniekształcają najbardziej.

Nie oznacza „komórka jajowa wybiera najlepsze dziecko”. Badanie pokazało różnicę w sile przyciągania. Nie pokazało, czy ta różnica przekłada się na powodzenie zapłodnienia, utrzymanie ciąży czy zdrowie dziecka.

Nie oznacza też, że jesteście z partnerem „niedopasowani”. To, że płyn pęcherzykowy silniej przyciąga plemniki innego mężczyzny, nie znaczy, że para nie może począć dziecka. Miliardy ludzi istnieją nie wbrew temu mechanizmowi, lecz razem z nim.

Zrobiono je w laboratorium. Eksperyment zetknął płyn i plemniki w kontrolowanych warunkach. Ile z tego efektu zostaje w złożonym środowisku organizmu, to osobne pytanie.

To nie jest test ani badanie przesiewowe. Nie istnieje procedura kliniczna mierząca „zgodność płynu pęcherzykowego” i doradzająca parom. To ustalenie z nauk podstawowych.

Gdy jeden plemnik wejdzie: drzwi się zamykają

Selektywność nie kończy się na wołaniu. Prawdziwa decyzja zapada w chwili kontaktu.

Komórkę jajową otacza glikoproteinowa osłonka zwana osłonką przejrzystą (zona pellucida). Plemnik musi ją pokonać, a przejście nie jest wolne: musi umieć związać się z określonymi białkami tej osłonki.

W chwili gdy jeden plemnik wejdzie, komórka jajowa reaguje w ciągu sekund i osłonka twardnieje. Opisano co najmniej trzy mechanizmy:

• Enzym owastacyna tnie białko ZP2 w osłonce i niszczy miejsce, do którego wiążą się plemniki — zamek zostaje zdemontowany.
• Cynk uwalniany z ziarnistości korowych („iskra cynkowa”) zaburza ruchliwość zbliżających się plemników.
• Transglutaminaza 2 sieciuje białka ZP3, fizycznie usztywniając osłonkę.

To blok polispermii, a jego funkcja jest kluczowa dla życia: komórka jajowa, do której wniknie więcej niż jeden plemnik, ma za dużo chromosomów i nie może się rozwijać. „Zamknięcie drzwi” nie jest więc kwestią upodobania, lecz warunkiem tego, by zarodek w ogóle mógł zaistnieć.

Co dzieje się po stronie plemnika

Selektywność nie jest jednostronna. Plemniki też muszą przejść proces dojrzewania, zanim będą zdolne do zapłodnienia: kapacytację. W czasie pobytu w drogach rodnych zmienia się ich błona i sposób poruszania, a zdolność zapłodnienia zyskują tylko te, które tę zmianę ukończą.

Ostatecznie odsiew zachodzi po obu stronach: te, które nie pokonają drogi, i te, które nie potrafią otworzyć drzwi.

Co to znaczy dla płodności i in vitro

Ten kierunek badań nie przełożył się na terapię. Daje jednak ramę pozwalającą zrozumieć, dlaczego niektórym parom mówi się o „niepłodności idiopatycznej”: nawet przy prawidłowym seminogramie zgodność na poziomie gamet może być czynnikiem.

Docytoplazmatyczne wstrzyknięcie plemnika (ICSI) ma tu osobne miejsce. Plemnik trafia bezpośrednio do wnętrza komórki jajowej, więc pomijana jest zarówno droga, jak i osłonka — obie warstwy naturalnej selektywności zostają wyłączone. To nie wada metody, lecz jeden z powodów, dla których stosuje się ją tylko tam, gdzie jest potrzebna.

Częste pytania

Czy komórka jajowa wybiera plemnik? Nie w potocznym sensie wybierania, ale bierna też nie jest. Przyciąga plemniki sygnałami chemicznymi, a to przyciąganie nie jest jednakowo silne u wszystkich mężczyzn. Po wejściu pierwszego aktywnie blokuje pozostałe.

Czy wygrywa najszybszy plemnik? Nie. Sama szybkość nie decyduje. Ważniejsze są orientacja, odczytanie sygnału i przejście selekcji.

Ile plemników dociera do komórki jajowej? Z kilkuset milionów, które wyruszają, do okolic komórki jajowej dociera od kilkuset do kilku tysięcy.

Jak komórka jajowa przyciąga plemniki? Otaczające ją komórki wzgórka wydzielają progesteron tworzący gradient stężenia; plemniki go wykrywają i płyną w stronę wyższego stężenia.

Co dokładnie pokazało badanie płynu pęcherzykowego? Opublikowana w 2020 roku praca w Proceedings of the Royal Society B pokazała, że płyn pęcherzykowy różnych kobiet konsekwentnie przyciąga plemniki różnych mężczyzn z różną siłą i że ta preferencja nie pokrywała się z wyborem partnera.

Czy to znaczy, że nie pasuję do partnera? Nie. Badanie mierzyło siłę przyciągania, a nie powodzenie poczęcia. Nie wynika z niego żaden test ani zalecenie kliniczne.

Dlaczego może wejść tylko jeden plemnik? Komórka jajowa z więcej niż jednym ma za dużo chromosomów i nie może się rozwijać. Dlatego zaraz po pierwszym utwardza zewnętrzną osłonkę i nie wpuszcza reszty.

Czym jest osłonka przejrzysta? Glikoproteinowa otoczka wokół komórki jajowej. Plemnik musi się z nią związać i ją pokonać; tuż po zapłodnieniu twardnieje i zamyka drzwi.

Jak działa blok polispermii? Trzy mechanizmy naraz: owastacyna tnie miejsce wiązania ZP2, cynk z ziarnistości korowych zaburza zbliżające się plemniki, a transglutaminaza 2 sieciuje ZP3 i usztywnia osłonkę.

Czym jest kapacytacja? Dojrzewanie, które plemniki przechodzą w drogach rodnych i które czyni je zdolnymi do zapłodnienia. Bez niej zapłodnienie nie zachodzi.

Czy używa się tego w in vitro? Nie jako testu. Ale w ICSI plemnik wstrzykuje się wprost do komórki jajowej, pomijając opisane tu naturalne filtry.

Czy bliźnięta są wyjątkiem? Nie. Bliźnięta dwujajowe powstają z dwóch komórek jajowych zapłodnionych przez dwa plemniki; jednojajowe z jednej zapłodnionej komórki, która później się dzieli. W obu przypadkach obowiązuje jedna komórka jajowa, jeden plemnik.

Czy komórka jajowa decyduje o płci? Nie. Płeć zależy od tego, czy zapładniający plemnik niesie chromosom X czy Y. Nie ma dowodów, że tego wyboru dokonuje komórka jajowa.

Źródła

1. Fitzpatrick JL i in. — Chemical signals from eggs facilitate cryptic female choice in humans. Proceedings of the Royal Society B, 2020. https://royalsocietypublishing.org/rspb/article/287/1928/20200805/85674/Chemical-signals-from-eggs-facilitate-cryptic
2. Pełny tekst tej samej pracy (archiwum PMC). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7341926/
3. Teves ME i in. — Molecular mechanism for human sperm chemotaxis mediated by progesterone. PLOS ONE. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371%2Fjournal.pone.0008211
4. Que EL i in. — Zinc sparks induce physiochemical changes in the egg zona pellucida that prevent polyspermy. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5439353/