Внедрение сперматозоида в яйцо

Находящиеся в момент оплодотворения вокруг яйца сперматозоиды возбужденно двигаются it активно внедряются в яйцо. Наблюдая in vitro (см. ниже) оплодотворение яйца кролика сперматозоидами кролика же, Пинкус рисует картину, напоминающую игру в пушбол (большой мяч). Если яйцо свободно от окружающей его слизи, то сперматозоиды с такой силой толкают его, что яйцо начинает кататься по капле — и оплодотворение даже не может осуществиться.

Однако и яйцо не остается совершенно пассивным при оплодотворении, оно посылает навстречу сперматозоиду так называемый воспринимающий бугорок, который можно сравнить с псевдоподией амебоидной клетки. В таком случае поглощение сперматозоида воспринимающим бугорком яйцеклетки оказывается аналогичным фагоцитозу, захватыванию амебоидной клеткой бактерий и частиц. Мы еще не знаем достоверно природы тех сил, которые действуют в случае фагоцитоза, хотя высказывались предположения относительно сил поверхностного натяжения и аглютинации; оба эти явления имеют место на поверхности и быстро обратимы. Следовало бы сказать поэтому, что специфичность, наблюдаемая при процессе оплодотворения, заключается в отличительных свойствах поверхности яйца и сперматозоида.

Различные авторы согласны, что в процессе оплодотворения огромную роль играет именно поверхность яйца, свойства его кортикального слоя. Именно здесь по мнению как Лилли, так и Леба сосредоточены те препятствия, которые мешают как гетерогенному оплодотворению, так в некоторых случаях и самооплодотворению. Роль кортикального слоя в последнем случае была экспериментально показана Морганом (1923) на Ciona intestinalis, у которой самооплодотворение обычно встречается с большими затруднениями. Зрелое яйцо этой асцидии бывает покрыто слоем фоликулярных клеток, остающихся на яйце в качестве оболочки. Сняв эту оболочку, в результате чего вероятно изменились поверхностные свойства яйца, Морган сделал самооплодотворение легко возможным.

Лилли считает, что и при затруднениях к гетерогенному оплодотворению играет роль тоже кортикальный слой и именно на его изменение необходимо направить в этих случаях внимание.

Впервые такую задачу удачно решил Леб. Нормально яйца морского ежа Strongylocentrotus lividus не оплодотворяются спермой морских звезд. Но желая изменить поверхностные условия, Леб прибег к слабому повышению щелочности морской воды (прибавкой едкого натра, аминов и др.). Попытки его удались, и наилучшие успехи достигались при прибавлении 0,6 см^{3 n}/₁₀ NaOH к 50 см³ морской воды. Большая часть яиц при этом оплодотворялась.

Для характеристики роли щелочи в данном случае интересно отметить, что это гетерогенное оплодотворение наступало только в самом щелочном растворе. Если же Леб подвергал яйца и сперму действию щелочи отдельно, а потом помешал их в нормальную воду, — оплодотворения обычно не наступало. При переносе их вместе снова в подщелоченную воду оплодотворение происходило. Таким образом наличие щелочи производит какое-то быстро. обратимое изменение поверхностных свойств гамет, делающее возможным гетерогенное оплодотворение.

Леб (1903) открыл такой же эфект повышенной концентрации кальция, чем ему удалось добиться оплодотворения яиц ежа St. purpuratus спермой звезды Aster.as ochracea и A. capitata спермой офиурид и голотурий, причем. процент оплодотворения достигал 50. Худшие результаты получились со спермой другой звезды — Picnopodia spuria (5 %) и спермой звезды Asterias (1 %).

Этим же методом Годлевскому (1906) удалось оплодотворить яйца неаполитанской морской звезды спермой морской лилии.

Однако этот, метод не оказался универсальным, и уже сам Леб не смог добиться оплодотворения спермой морской звезды яиц другого уже упоминавшегося калифорнийского ежа — St. franciscanus. Хотя сперматозоиды встречались с яйцами и последние образовывали оболочки, но проникновения сперматозоидов наблюдать не удалось. Не удались также попытки оплодотворения яиц ежа Arbacia спермой звезды Asterias.

Несмотря на эти неудачи, опыты Леба имеют для нас исключительное значение, так как они впервые поставили и экспериментально разрешили проблему помощи гетерогенному оплодотворению. Не надо забывать, что в этих опытах дело идет об ультрагибридизации, и если крупные успехи были получены даже здесь, то тем больших результатов мы можем ожидать от дальнейшей разработки этого химического метода при более близких гетерогенных оплодотворениях. Следует отметить, что эти гениальные открытия, сделанные в Америке 30 лет назад, не получили до сих пор никакого практического использования (например хотя бы в рыбоводстве и т. п.), хотя постоянно цитируются в различных книгах по биологии. Это тем более заслуживает быть отмеченным, что Леб же показал, что эти факторы играют роль не только при гетерогенном оплодотворении, но и при нормальном, так как например оно может быть сделано невозможным простым понижением щелочности и содержанием кальцин в воде. В нейтральной среде нормального оплодотворения яиц морских ежей совершенно не наступало несмотря на отличную подвижность сперматозоидов (Леб, 1914; KupeIvieser, 1909, 1912).

Таким образом очевидно, что, уменьшая щелочность окружающей яйцо среды и удаляя из этого раствора CaCl₂, мы создаем для проникновения сперматозоида Arbacia в яйцо того иге. вида такие же препятствия, какие в нормальной морской воде задерживают проникновение спермы морской звезды в яйцо St. purpuratus. «Препятствие», задерживающее проникновение спермы Arbacia в яйцо того же вида, созданное этим путем, точно так же быстро обратимо[31].

Сущность самого препятствия к гетерогенному оплодотворению этими опытами вскрывается еще очень мало. Картина была бы проще, если бы при данной щелочности яйцо было более или менее одинаково доступно различным сперматозоидам. Этого конечно нет. Таким образом вопрос о том, почему при данной среде (например нормальной воде) в яйцо легко проникает свой сперматозоид и вовсе не проникает чужой — нимало не решается. Мы лишь получаем — правда, очень важные — указания, что при повышенной щелочности барьер понижается, делая яйцо доступным даже для чужих сперматозоидов, а при нейтрализации барьер повышается, делая яйцо недоступным даже для своих сперматозоидов.

Сущность «барьера оплодотворения» нам пока не ясна, но открыта возможность экспериментального изменения высоты этого барьера.

Изменение щелочности среды является не единственным фактором, при помощи которого можно изменять «барьер оплодотворения». Так, еще в 1887 г. О. и Р. Гертвиги обнаружили здесь роль возраста яиц иглокожих и показали, что если яйцам дать постоять несколько времени, то они становятся более восприимчивыми к чужой сперме.

Несколько иначе смотрит на вопрос Вернон (1900), занимавшийся тоже многочисленными гибридизациями ежей (см. также Теннент, 1910, 1911).

Что касается других объектов помимо упомянутых, обычных в такого рода, исследованиях (иглокожие, амфибии), то сведения здесь, отсутствуют повидимому нацело. Нацело отсутствуют они в частности и для млекопитающих и птиц. Приходится обратить внимание гибридагогов на этот зияющий пробел, дабы принять меры к его заполнению.

По остальным проблемам оплодотворения, перечисленным выше, сказать нечего. Следует однако еще раз вернуться к вопросу о судьбе сперматозоида, проникшего в чужое яйцо. Далеко не всегда это приводит к действительному оплодотворению, т. е. к возбуждению, к развитию с участием обоих ядер. Купельвизер (1909,1912) заметил, что сперматозоиды молюсков и кольчатых червей проникают иногда случайно в яйца ежа St. purpuratus в нормальной морской воде. В этих случаях развития яиц однако не наступало. Но в других случаях развитие наступает, и сказать сейчас, в чем заключается причина различной реакции яиц на чужие сперматозоиды, — еще невозможно.

Интересно однако проследить, как на границе возможного оплодотворения вариирует участие отцовского ядра в развитии гибрида.