Embryologie

a reprodukce živočichů

Vladimír Ptáček

Kontakt na učitele: ptacek@sci.muni.cz

Případné diskuse k tématu v praktiku

Informace pro studenty

Stránka je v trvalé úpravě

(Ve snaze poskytnout materiály k výuce není zvládnuta především stylistická a chronologická úprava. Děkujeme předem za upozornění na jakékoli chyby.)

Jiné využití než pro vlastní studium konzultujte laskavě s autorem.

(počet přístupů od 15.3.07)

Anglicko český slovník pro případnou potřebu překladu při studiu převzatých obrázků:

http://www.translator.cz/bin/translator

nebo http://www.slovnik.cz/

Anotace (Bi 6140 – Embryologie)

Embryologie, př. 2 h., cv. 2 h., zk. Regenerační schopnosti organizmů. Rozmnožování. Rozmnožování buněk, základ růstu a vývoje organizmu. Nepohlavní rozmnožování - protist, mnohobuněčných. Pohlavní rozmnožování - vznik a vývoj pohlavních rozdílů, gametogeneze, osemenění a oplození. Střídání způsobů rozmnožování ve vývojových cyklech. Vývoj jedince Embryonální vývoj (blastogeneze, organogeneze), postembryonální vývoj (nepřímý, přímý). Růst organizmů (faktory a průběh růstu, rovnoměrný a nerovnoměrný růst, nádorový růst). Transplantace - typy transplantací, transplantační antigeny (imunologická inkompatibilita a tolerance),chiméry. Stárnutí a smrt. Vztah ontogenetického a fylogenetického vývoje, biogenetický zákon, teorie fylembryogeneze. Speciální část - srovnávací embryologie: Rozmnožování a vývoj houbovců, žahavců, ploštěnců, hlístic, kroužkovců, měkkýšů, chapadlovců, drápkovců, korýšů, klepítkatců, hmyzu, ostnokožců, bradatic, strunatců.

Obsah

1. Soustava rozplozovací

2. Rozmnožování živočichů

2.1. Nepohlavní rozmnožování

2.1.1. Mitóza

2.1.2. Modifikace mitózy

2.1.3. Nepohlavní rozmnožování prvoků

2.1.4. Nepohlavní rozmnožování mnohobuněčných

2.2. Pohlavní rozmnožování

2.2.1. Vznik a vývoj pohlavních rozdílů

2.2.2. Primární a sekundární pohlavní znaky

2.3. Vývoj lidského zárodku

3. Vývoj jedince

3.1. Embryonální vývoj

3.1.1. Rýhování

3.1.2. Gastrulace

3.1.3. Neurulace

3.1.4. Organogeneze

3.2. Postembryonální vývoj

3.2.1. Nepřímý postembryonální vývoj

3.2.2. Přímý postembryonální vývoj

3.2.3. Zrození mláděte

3.3. Růst organismů

3.3.1. Faktory a průběh růstu

3.3.2. Rovnoměrný a nerovnoměrný růst

3.3.3. Nádorový růst

4. Regenerační schopnosti organismů

4.1. Kmenové buňky

5. Transplantace

5.1. Typy transplantací

5.2. Transplantační antigeny (imunologická inkompatibilita a tolerance)

5.3. Chiméry

6. Stárnutí a smrt

7. Vztah ontogenetického a fylogenetického vývoje

7.1. Biogenetický zákon

7.2. Teorie fylembryogeneze

8. Srovnávací embryologie bezobratlých – viz zde

9. Dodatky

10. Použitá literatura

11. Použité www stránky

Upozorňujeme, že s touto problematikou úzce souvisejí

vznik pohlavních buněk (Histologie)

a meiosa (Cytologie)

Rozmnožovací schopnost je základním kamenem života, protože umožňuje živým organismům zvyšovat počet jedinců svého druhu, využívat nové příležitosti v prostředí kolem nich a vyvíjet se. Je to tedy vlastnost, která umožňuje zachování jednotlivých druhů a časovou kontinuitu života.

Někteří živočichové se rozmnožují jen jednou za život a pak zahynou. Dalo by se tedy říct, že smyslem jejich života je reprodukce. U ostatních pokračuje rozmnožování během celého období dospělosti, takže mají více příležitostí k produkci potomstva.

U živočichů se setkáváme s  rozmanitými způsoby rozmnožovaní. Lze je rozdělit do dvou základních skupin - rozmnožování nepohlavní a pohlavní.

1. Soustava rozplozovací

Jde o soustavu orgánů, které zajišťují rozmnožování živočichů. Nazýváme je též orgány generativní. Na rozdíl od tzv. vegetativních orgánů, které zajišťují život jedince, není jejich funkce nezbytná pro jedince, ale pro zachování živočišného druhu. Při hladovění přestává rozplozovací soustava jedince plnit svoji funkci a může dojít i k jejímu odbourání. Tím se tyto tzv. generativní tělesné orgány liší od ostatních, vegetativních orgánových soustav, jejichž funkce zabezpečují život jedince.

Jsou to vlastní pohlavní žlázy a jejich vývody, dále žlázy a orgány přídatné a též kopulační orgány. Zabezpečují vznik pohlavních buněk, péči o ně, přenos do mateřského organismu a péči o vyvíjející se zárodky až do příchodu mláďat na svět (porodem nebo vylíhnutím z vajíčka).

Pohlavní žlázy (gonády)

Vznikají a diferencují se v nich pohlavní buňky. Jsou to zpravidla oválné nebo trubicovité útvary, uložené v tělních dutinách nebo v tělním parenchymu. Jejich funkčně nejdůležitější část tvoří pohlavní buňky v různých stupních vývoje. Na jejich tvorbě se podílejí i zárodečné epitely, sloužící k výživě pohlavních buněk, a různá vláknitá pojiva, tvořící oporné sítě a obaly gonád.

Pohlavní buňky jsou dvojího typu:

- samčí neboli chámové (spermie, spermatozoidy)

- samičí neboli vaječné (vajíčko, ovum)

V pohlavní žláze se mohou vyvíjet:

- vajíčka i spermie (obojetné neboli hermafroditické gonády, ovotestes)

- pouze vajíčka (samičí gonády, vaječníky, ovaria)

- pouze spermie (samčí gonády, varlata, testes)

Pohlavní vývody

Bývají utvářeny rozmanitě. Často splývají s vývody vylučovacích orgánů a pak hovoříme o tzv. urogenitální soustavě. Vývody samčí gonády (chámovody, spermidukty) a samičí gonády (vejcovody, ovidukty) se obvykle výrazně liší.

Přídatné žlázy pohlavního ústrojí

Většinou ústí do pohlavních vývodů. Mohou to být např. žloutkové žlázy, doplňující zásoby živin vajíček, nebo žlázy skořápečné (tvořící terciální vaječné obaly). Buňky endokrinních žláz bývají uloženy přímo v gonádách. Vylučují hormony řídící vývoj pohlavních buněk a pohlavní činnost živočicha, a také zodpovídají za vznik sekundárních pohlavních znaků.

Do pohlavních vývodů ústí také rezervoáry spermií, a to u obou pohlaví. U samic jde o semenné schránky (receptaculum seminis), uchovávající zásobu spermií sloužící k oplozování vajíček i mimo dobu páření. U samců jsou to tzv. semenné váčky (vesiculae seminales), sloužící k přechovávání zralých spermií do doby páření.

Kopulační orgány

Zajišťují kontakt samčích a samičích buněk (osemenění a oplození).

Orgány sloužící k sexuální selekci, např. ozdobné peří samců u ptáků, barevné, pachové či zvukové signály apod. (viz URL 95)

2. Rozmnožování živočichů (URL 115)

Probíhá buď nepohlavním (asexuálníám) nebo pohlavním (sexuálním) způsobem. V současné době žijí na Zemi nejméně 3 miliony živočišných druhů a z nich jenom asi jeden tisíc používá výhradně nepohlavní rozmnožování a zhruba 15 tisíc střídá pohlavní a nepohlavní způsob.

2.1. Nepohlavní rozmnožování

Je v podstatě založeno na schopnosti regenerace. Při tomto způsobu rozmnožování vzniká nový jedinec ze somatických buněk jedince mateřského (tedy z buněk, které vznikly mitotickým dělením, viz. níže). Z hlediska dědičnosti je nejdůležitější, že všichni potomci jsou geneticky stejní jako jejich rodičovský organismus. Proto nevýhodou tohoto typu rozmnožování je, že nevede k dědičné různorodosti mezi potomky (např. jestliže jeden jedinec uhyne následkem nějakého onemocnění, pak většinou hynou i ti ostatní). (Knoz 1979) K nepohlavnímu rozmnožování dochází dělením, pučením, odškrcováním nebo rozpadem. Vyskytuje se jako jediný způsob u mnoha jednobuněčných a primitivních mnohobuněčných organismů. U vyšších organismů je nahrazeno rozmnožováním pohlavním, přesto však se u řady živočišných druhů střídá pohlavní a nepohlavní rozmnožování. Za nepříznivých podmínek je nepohlavní rozmnožování doplněno vytvářením cyst, což v tomto případě zajišťuje přežití druhu. Vznik geneticky totožného potomstva je nevýhodou v dlouhodobě se měnících životních podmínkách (omezená schopnost adaptace).

2.1.1. Mitóza

Mitóza je proces, který zajišťuje rovnoměrné a rovnocenné rozdělení genetického materiálu do dceřiných jader při dělení jader somatických buněk. Nyní se konvenčně dělí na pět stádií (dříve byla dělena pouze na čtyři, nověji bylo samostatně odděleno stadium prometafáze). Zdroj: Nečas (2000); Kislinger a kol. (1995), URL 120, viz též cytologie:

1) profáze

- dochází ke spiralizaci (kondenzaci DNA), čímž se vytváří kratší a zřetelnější chromozómy

- rozdělením centrozómu vznikají dva centrozómy, které jsou růstem mikrotubulů posouvány k opačným pólům jádra a zaujímají místo na cytoplazmatické straně jaderného obalu

- součástí centrozomu většiny buněk je centriol, tvořený dvěma soustavami krátkých mikrotubulů kolmo k sobě postavených (každá o devíti trojicích mikrotubulů)

- některé mikrotubuly organizované centrozomem se od něho radiálně rozbíhají (některé dosahují až k periferii buňky) - označují se jako mikrotubuly astrální a jejich soustava jako astrosféra

- jiné mikrotubuly míří k opačnému centrozomu, tzv. mikrotubuly polární, které jsou základem dělícího vřeténka

2) prometafáze

- rozpadá se jaderný obal včetně fibrózní vrstvy tvořené laminy a bílkovinný komplex jaderných pórů

- polární mikrotubuly se sousřeďují do původně jaderné oblasti

- na centroméře každého chromozómu se vytvářejí dva kinetochory, na které se připojují některé polární mikrotubuly vřeténka - označují se pak jako kinetochorové mikrotubuly

- (o podstatě kinetochoru se ví zatím pouze tolik, že má lamelární strukturu a že je to komplex bílkovin obsahující i molekulový motor typu dyneinu)

3) metafáze

- chromozómy se seskupují v rovníkové (ekvatoriální) rovině a jejich poloviny (chromatidy) jsou spojeny už jen centromérou

- každá ze sesterských chromatid se kinetochorovými mikrotubuly připojí k opačnému pólu vřeténka - tím je zajištěn přesný rozchod obou sad chromozomů do dceřiných buněk

4) anafáze

- jednotlivé chromozómy se v centromerách rozdělí na dvě chromatidy, které se po kinetochorových mikrotubulech dostávají k opačným centrozómům

- molekulovým motorem pro tento pohyb je protein typu dyneinu

- současně také dochází ke vzdalování pólů mitotického vřeténka, tj. k jeho prodlužování

5) telofáze

- zcela mizí kinetochorové mikrotubuly, polární mikrotubuly se ještě prodlužují do té doby, než se kolem nich vytvoří nový jaderný obal

- chromozómy mající zatím pouze jednu chromatidu se opět rozplétají (dekondenzují)

- obnovuje se jaderná membrána a jadérka

- dělící vřeténko postupně zaniká (zánik však částečně přesahuje do dělení celé buňky - cytokineze, která následuje po rozdělení jader)

Výsledkem mitózy jsou dvě dceřinná jádra se stejným počtem i kvalitou chromozómů jako mělo jádro mateřské buňky. Mitóza je spolu s interfází součastí buněčného cyklu - jde o složitý proces, který zde není uveden. Bližší informace lze získat např. v knize Nečas a kol. (2000).

2.1.2. Modifikace mitózy

Zdroj: Knoz (1979), cytologie

Kromě pravidelné mitozy existují i odchylky od popsaného průběhu, které nazýváme jako modifikace mitózy. Tyto fyziologické odchylky rozdělujeme podle podle charakteru i funkčního významu.

Typy modifikace:

a) endomitóza

- neboli zkrácená karyokineze

- při tomto procesu vstupuje buňka do pozměněné profáze - uvnitř jádra dojde k tvorbě, zkrácení i podélnému rozdělení chromozómů, ale už nenavazuje jejich rozestup a jádro se nedělí

- zmnožené chromozomy se opět despiralizují a mizí

- jádro se zvětšeným počtem chromozómů přechází do klidové fáze

- zvětšením jaderného objemu dojde také ke zvětšení objemu cytoplazmy a to v míře, která odpovídá jádro-plazmovému poměru

- díky endomitóze lze v některých tkáních pozorovat buňky s různě velkými jádry (hmota větších jader je vždy dvoj-, (troj-) čtyř-, i vícenásobkem hmoty jader menších)

- probíhá např.u některých tkání hmyzu (Insecta) př. ve slinných žlázách a ve všech somatických buňkách dvoukřídlého hmyzu (Diptera)

b) polytenie

- podobně jako endomitóza zvyšuje funkci buněk - nevede však k polyploidizaci

- chromatinová hmota syntetizovaná během jednotlivých syntetických fázích se ukládá v tzv. polytenních (mnohovláknových) chromozomech

- v každé syntetické periodě se zdvojnásobí počet chromozómů, ale nedochází k rozdělení do chromatid

- homologní chromozómy se k sobě podélně přiloží a zůstávají alespoň místy spojeny (konjugovány)

- opakovanou polytenizací dochází k růstu jaderného materiálu a tím i celé buňky, která díky tomu znásobí svoji výkonnost

- nadměrné množství jaderného materiálu mohou buňky upravit somatickou redukcí

(např. v období, kdy klesá funkční zatížení orgánů)

- polytenie se vyskytuje zejména u dvoukřídlého hmyzu (Diptera) v buňkách slinných žláz, malpighických trubic, střevního epitelu, aj. orgánů

c) somatická redukce

- buňka vstupuje do typické mitózy, aniž by předtím proběhla syntetická fáze

- tímto způsobem se mohou dělit buňky, u kterých došlo k nahromadění jaderných hmot endomitózou nebo polytenií.

d) restituční dělení jádra

- při tomto procesu navazuje na metafázi telofázní rekonstrukce jediného jádra

- výsledkem je buňka s dvojnásobným počtem chromozómů

- především u vaječných buněk vyvíjející se partenogeneticky (upravuje haploidní stav vajíčka na diploidní)

e) promitóza (pseudomitóza)

- v podstatě normální mitóza - vede ke vzniku dvou dceřinných buněk po proběhnutí syntetické periody

- rozdíl je pouze v tom , že všechny karyokinetické fáze se odehrávají uvnitř jádra

- karyokineze je zpravidla provázena zaškrcováním jádra - piškotovitě se protahuje a nakonec se rozdělí

- byla zjištěna u některých prvoků

- je považována za fylogenetický předstupeň mitózy

f) vznik plazmodií (mnohojaderných buněk)

- plazmodia vznikají opakovanou karyokinezí uvnitř jediného, stále se rozrůstajícího buněčného těla (př. výtrusovci (Apicomplexa)

- někdy např. při vývoji hmyzu (Insecta) se mohou mnohojaderné buňky dodatečně rozdělit na jednojaderné

- s pozměněnou formou multipolární mitózy se můžeme setkat u některých vaječných buněk, došlo-li k jejich oplození více spermiemi

- (v těchto případech však nejsou chromozomy rozděleny do dceřiných buněk ve stejných počtech a vývoj takto vzniklého jedince nepokračuje)

2.1.3. Nepohlavní rozmnožování „prvoků“

U jednobuněčných představuje nepohlavní rozmnožování  mitotické dělení buňky prvoka. Všichni prvoci se mohou rozmnožovat nepohlavně, a to obvykle dělením, při němž vznikají dva totožní jedinci. Dělení může být podélné (např. u bičíkovců) nebo příčné (nálevníci). Předchází mu mitotické dělení jádra.

Prvoci se však mohou rozmnožovat i sexuálně (tzv. konjugací, při níž si vyměňují genetický materiál). U cizopasných prvoků je častá rodozměna (metageneze - pohlavní a nepohlavní stádia).

Konjugace prvoků (např. u Cilliat): Mají dva druhy buněčných jader. Větší makronukleus řídí buněčné funkce a nepohlavní rozmnožování. Menší mikronukleus zodpovídá za výměnu genetického materiálu při konjugaci. Při konjugaci nevzniká žádná nová buňka. Po ukončení konjugace se každý jedinec rozdělí za vzniku čtyř geneticky identických jedinců, kteří se geneticky liší od obou původních (před konjugací).

Konjugace prvoků. Převzato z URL 96.

Vedle typické mitózy se můžeme setkat i s promitózou, s multipolární mitózou a s mnohonásobným dělením vícejaderných buněk, kdy v buňce probíhá nejprve několikráte mitotické dělení jádra a až poté následuje dělení cytoplazmy, a to na tolik buněk, kolik jader se nahromadilo opakovanou mitózou v buňce mateřské. Pokud nebude v této kapitole uvedeno jinak, bylo čerpáno z Knoze (1979).

Typy nepohlavního rozmnožování rozlišujeme podle typu cytokineze takto:

Dělení

Cytoplazma mateřské buňky se rozdělí na dva (binární dělení) nebo více stejných dílů (mnohonásobné dělení), které spolu s dceřinými jádry dávají vznik novým jedincům.

Binární dělení může být buď podélné, tj.souhlasí s podélnou osou těla (př. trypanosomy (Trypanosomatida)), anebo příčné (např. nálevníci (Cilliophora)). (Sládeček (1986))

Rozpad

Některé druhy se rozmnožují také rozpadem (tzv. polytomie, např. u výtrusovců), při němž vzniká více identických jedinců.

Opakovaným dělením jádra (bez dělení buňky) vznikají mnohojaderné útvary, tzv. plazmodia, která mohou být  viditelná pouhým okem. Teprve později se rozdělí i cytoplazma. Okolo dceřiných jader se soustřeďují okrsky cytoplazmy a mateřský jedinec se nakonec rozpadá na velký počet buněk.

Setkáme se s ním např. při sporogonii, tj. rozdělení zygoty v množství spor (př. výtrusovci (Apicomplexa)) nebo při schizogonii, rozpadu jedince ve větší množství zárodků (př. trypanosomy (Tripanosomatida), výtrusovci (Apicomplexa)). (Sládeček (1986))

Pučení

U přisedlých nálevníků se vyskytuje tzv. pučení, což je vlastně vysoce asymetrické dělení. Při něm jedinec odškrcuje část svého těla, do které přejde jeden mikronukleus (po mitotickém rozdělení původního mikronukleu) a odškrcená část makronukleu.

Při pučení vznikají na mateřském těle výrůstky (pupeny), které postupně dorůstají a po čase se od rodičovského organismu oddělí. Pučení je typické zejména pro přisedle žijící prvoky (např. pro rournatky (Suctoria)). Nový jedinec vzniklý pučením je nějakou chvíli volně pohyblivý, teprve po určitém období vývoje přisedá. U některých druhů rournatek vznikají pupeny uvnitř buňky, tzv. vnitřní pupeny. Pučením se množí také druh Spirochona gemipara, (límcovka blešivcová) který žije přisedle na žaberních lupíncích blešivce a pupeny vytváří při bázi těla. Býval řazen k nálevníkům.

2.1.4. Nepohlavní rozmnožování mnohobuněčných

Nový jedinec vzniká z části těla jedince mateřského. Oddělovaná část je ve většině případů tvořena velkým množstvím buněk, někdy dokonce různými tkáněmi a orgány. Po oddělení v ní dochází k postupné vnitřní přestavbě - k diferenciaci tkání a orgánů a tím tedy k formovaní těla nového jedince.

Rozlišujeme tři základní způsoby nepohlavního rozmnožování :

- Dělení

- Pučení

- Fragmentace

Z nichž některé můžeme ještě dále rozdělit: (Knoz (1979), Sládeček (1986))

Dělení (fisiparie) je spojeno s vysokou schopností regenerace ztracených částí těla, tj. schopností reparační regenerace (např. žahavci (Cnidaria), ploštenci (Plathelminthes), kroužkovci (Annelida)). Obvykle probíhá kolmo na podélnou osu těla.

Mezi různými způsoby dělení rozlišujeme hlavně dělení binární a mnohonásobné, kdy se mateřský jedinec rozpadne na dvě a nebo více částí (ztrácí tedy svoji individualitu). U nově vzniklých jedinců se musí v krátkém čase vyvinout všechny části těla typické pro daný druh. Typy dělení:

a) paratomie - přestavba nově vznikajících jedinců probíhá v období vzniku tzv. rozdělovacích zón, tedy ještě před rozdělením mateřského jedince je nový jedinec vybaven všemi orgány (hvězdice). Příkladem může být příčné dělení některých polypovců (Hydrozoa). Řadí se sem i polyembryonie (z 1 vajíčka vzniká více jedinců už během zárodečného vývoje). Zvláštním případem paranomie je strobilace některých medůzovců (Scyphozoa). Strobila = útvar, který je složen z mnoha ephyr (URL 113), ty se oddělují a tak vznikají nové medúzky. Strobilace bývá řazena k paratomii, pučení nebo jako zvláštní případ odškrcování.

b) architomie - k přestavbě dochází až po rozpadu mateřského jedince. Je běžná např.u ploštěnek (Plathelminthes) a některých kroužkovců (Annelida)

c) schizogeneze - rozdělovací zóny se v dceřiných jedincích vytváří ještě dříve, než se rozdělí od předního, mateřského jedince - vzniká celý řetězec individuí (zooidů), kteří jsou dočasně navzájem spojeni. jedná se tedy o dělení v určitých rozdělovacích zónách spojené s paratomií. Vyskytuje se např. u některých Rhabditophora

d) polyembryonie - vyskytuje se v časných stádiích embryonálního vývoje nebo je na tato stádia omezeno a u dospělých už se nevyskytuje. V oplozeném vajíčku dojde ke zmnožení jádra - vajíčko se rozdělí a každá takto vzniklá část dá vznik novému úplnému jedinci - např. u některých žahavců (Cnidaria) - r. Tubularia, máloštětinatců (Oligochaeta), u některého hmyzu (Insecta) - např. blanokřídlých (Hymenoptera).

strobilace (URL 112)

Pučení (gemiparie) – vnitřní (gemulace, např. živočišné houby) a vnější (gemace, např. žahavci - nezmar)

Houba říční, gemule, jednoosé jehlice spojené sponginem - opora. VP

Pučení velmi často souvisí se vznikem kolonií. Dceřinní jedinci zůstávají propojeni s jedincem mateřským. Setkáme se s ním např. u některých houbovců (Porifera) a polypovců (Hydrozoa).

Typy pučení :

a) vnější (gematio) - kdekoli na mateřském těle dojde k vytvoření pupenu, který se pak dále vyvíjí

- nahodilé - dceřiní jedinci se oddělí a následně dorostou - (např. u sladkovodních nezmarů (Hydrina))

- stoloniální - dceřinní jedinci zůstávájí spojeni s mateřským organismem a vytváří tak kolonie - např. u trubýšů (Siphonophora).

b) vnitřní (gemulatio) - v období nepříznivých podmínek vznikají vnitřní pupeny, slouží k anabiotickému přežívání přisedle žijících živočichů a do jisté míry i k jejich rozšiřování (např. sladkovodní houbovci (Porifera), někteří žahavci (Cnidaria).

Rozpad (fragmentace)

Rozmnožují se tak živočišné houby a pásnice (dojde k rozpadu na několik dceřinných organismů). Při tomto typu rozmnožování se od rodičovského organismu oddělují části těla, které se vyvíjejí v dceřinné jedince, přičemž individualita mateřského jedince zůstává zachována. Můžeme se s ním setkat např. u některých houbovců (Porifera), hydroidních polypovců (Hydrozoa),pásnic (Nemertea) a sasanek (Actinaria).

Klasifikace hlavních typů nepohlavního rozmnožování (Knoz 1979)
I. DĚLENÍ (fisiparie)		II. PUČENÍ (gemiparie)			III. FRAGMENTACE
jednoduché	mnohonásobné	vnitřní (gemulatio)	vnější (gematio)
			nahodilé	stoloniální

2.2. Pohlavní rozmnožování

O pohlavním rozmnožování můžeme v přesném významu mluvit pouze u mnohobuněčných živočichů. U bývalých prvoků jde o pohlavní proces, který někdy vede ke  snížení poštu jedinců, ale skutečné rozmnožování je u nich nepohlavní.

Pohlavní rozmnožování metazoí spočívá v kombinaci genetického materiálu ze dvou rodičovských organismů. Vzniklý jedinec se geneticky liší od obou rodičů. Takto vznikající genetická variabilita poskytuje materiál pro přirozenou selekci v procesu fylogeneze.

V tomto případě jeden z rodičů poskytuje vajíčka a druhý spermie. Tyto dva typy gamet se spojují dohromady buď uvnitř reprodukčních orgánů samice (vnitřní oplodnění) nebo vně jejího těla (vnější oplodnění).

Členové kmenů Porifera, Cnidaria, Ctenophora, Nemertea, Rotifera (viz též partenogeneze), Echinodermata a někteří zástupci strunovců Chordata využívají vnější oplodnění.

Členové kmenů Platyhelminthes, Nematoda, Mollusca, Annelida, Arthropoda a někteří z kmene Chordata využívají vnitřní oplodnění.

Mezi organismy využívajícími vnitřní oplodnění existuje mnoho způsobů vývoje embrya. Některé druhy umísťují oplodněná vajíčka vně těla. Někteří rodiče o nakladená vejce pečují, jiní nikoli. U jiných organismů setrvává vyvíjející se embryo uvnitř těla matky. Některá z nich nejsou již matkou vyživována, jiná jsou vyživována placentou. Organismy s vnitřním oplodněním a vývojem se rodí živé přes samičí reprodukční trakt. Tento proces většinou probíhá pouze u živočichů z kmene Chordata. (URL 76).

(Ukázky mikroskopických preparátů najdete na URL 119)

Typy pohlavního procesu : (Knoz 1979)

a) hologamie - dochází ke splývání celých těl protist, která zde představují pohlavní

buňky (gamety)

- izogamie - gamety jsou stejné tvarem i funkcí - tzv. izogamety

- fyziologická anizogamie - gamety se liší svojí pohyblivostí (samčí gamety bývají pohyblivější než samičí)

- morfologická anizogamie - gamety jsou funkčně i morfologicky odlišné (samčí gamety bývají menší a pohyblivější než samičí, označují se jako androgamety nebo mikrogamety, samičí buňky jako gynogamety nebo makrogamety)

a) oogamie - u mnohobuněčných

- dochází ke splývání výrazně diferencovaných pohlavních buněk a je zachována individualita mateřských jedinců

V některých případech nedochází u jednobuněčných ke splývání jader pohlavních buněk (kopulaci), ale pouze k dočasnému splynutí dvou jedinců, kteří si následně vymění redukovaná generativní jádra - tento pohlavní proces se nazývá konjugace (např. u nálevníků (Ciliophora)). (Sládeček 1986)

Gametická a zygotická redukce

Při oogamii mnohobuněčných dochází ke splývání pohlavních buněk s haploidním počtem chromozomů za vzniku zygoty, která se dále mitoticky dělí a všechny buňky vzniklé tímto dělením mají již chromozómovou sadu diploidní. Sled generací je tedy u většiny druhů spjat s pravidelným střídáním haploidní a diploidní fáze (haplo- a diplofáze). Haplofáze je omezena jen na zralé pohlavní buňky, zatímco diplofáze zahrnuje mnoho pokolení buněk somatických. Tento typ střídání haplo- a diplofáze se nazývá gametická redukce.

U tzv. zygotické redukce může být střídání haplo- a diplofáze obrácené. Haploidní gamety dají vznik diploidní zygotě, která se však nejdříve redukčně dělí a až poté dochází k mitóze. Výsledkem je pak vznik haploidních somatických i pohlavních buněk. Diplofáze je tady zde omezena jen krátkou dobu od vzniku zygoty do ukončení redukčního dělení. (Knoz 1979)

Gonochorické organismy – někteří jedinci mají pouze samčí, jiní pouze samičí pohlavní orgány. O gonochorismu mluvíme tehdy, mají-li někteří jedinci pouze samčí pohlavní orgány a jiní pouze samičí, a lze je tedy podle rozdílných pohlavních orgánů rozlišit na samce a samice.

Hermafroditické organismy (URL 85): U mnoha bezobratlých se však setkáváme s tím, že samčí i samičí orgány jsou součástí téhož jedince a nemůžeme je proto označit jako samce a samice. Pak tedy mluvíme o hermafroditismu. Mohou, ale nemusí se oplodňovat samy.

Někdy dochází během života jedince ke zvratu pohlaví (např. u ryb): chová-li se jedinec nejdříve jako samec a mění se na samici, jde o protandrický hermafroditismus. Pokud je tomu naopak, jedná se o protogynní hermafroditismus.

Typy hermafroditismu:

a) primární hermafroditismus a fenotypický gonochorismus - během fylogeneze živočicha se gonochorismus buď nikdy nevyskytoval, nebo jen v podobě tzv. gonochorismu fenotypického (pohlavní rozlišení jedinců není vyvoláno geneticky, ale vlivem vnějších podmínek). Bývá často spjat s přisedavým nebo přisedlým způsobem života, většinou se vykytuje u primitivních skupin bezobratlých (např. tasemnice (Cestoda), motolice (Trematoda), žebernatky (Ctenophora), (Sládeček 1986).

b) sekundární hermafroditismus a genotypický gonochorismus - o typu gonád se rozhoduje v okamžiku oplození vajíčka jistou kombinací tzv. pohlavních chromozómů neboli alozómů spermie a vajíčka. Je poměrně vzácný a nastává vlivem vnějších podmínek.

c) simultánní hermafroditismus - v samčí i samičí, nebo v obojetné žláze hermafrodita dozrávají současně spermie i vajíčka. Samooplození u těchto živočichů zabraňuje různé umístění samčích i samičích pohlavních vývodů - např. u měkkýšů (Mollusca) a máloštětinatců (Oligochaeta). Vzácně dochází k oplození vlastními spermiemi neboli k autofekondaci (u některých motolic (Trematoda), u tasemnic (Cestoda), hlístic (Nematoda), (Sládeček 1986).

d) sukcesní hermafroditismus - gamety různého pohlaví dozrávají v určitém časovém odstupu - někdy dozrávají dříve spermie a poté vajíčka, jde o tzv. proterandrii, někdy je tomu naopak, pak se jedná o proterogynii.

e) geografický hermafroditismus - v některých zeměpisných polohách se určitý druh vyskytuje jako hermafrodit, v jiných jako gonochorista např. některé druhy hvězdic (Asteroidea).

f) nenormální hermafroditismus - vyskytuje se u některých jedinců, kteří jsou za normálních podmínek gonochristé (např. u některých skokanů (Rana), kteří v mládí prodují vajíčka a později spermie, geneticky jsou však samci nebo samice po celý život) - podobný typ se vyskytuje i u člověka, označuje se jako intersexualita.

U hmyzu (Insecta) se díky nepravidelnosti při oplození, které vede ke vzniku dvou geneticky odlišných typů rýhovacích jader, může vyvinout polovina těla samčí a polovina samičí, jindy se mohou tyto znaky prolínat - jedná se tzv. gynandromorfismus

Partenogeneze je způsob rozmnožování, při kterém se nový organismus vyvíjí bez oplození vajíčka. Typická pro některé bezobratlé (mšice, perloočky, vířníci, pakobylky). Partenogeneze se může pravidelně střídat s bisexuálním rozmnožováním (heterogonie), nebo je to jediný způsob rozmnožování (obligátní partenogeneze).

Při partenogenezi diploidní samička klade neoplozená haploidní vajíčka, která se vyvíjejí v dospělého jedince. V typických případech vznikají z haploidních vajíček samci. Pokud však je takovéto haploidní vajíčko oplozeno samcem, vyvíjí se v diploidní samici schopnou roznožovat se partenogenezí.

V jiných případech kladou diploidní samičky diploidní vajíčka, ze kterých vznikají geneticky identičtí jedinci. U těchto druhů se v populaci samečkové nevyskytují. (URL 76).

Typy partenogeneze:

a) heterogonie - fyziologická partenogeneze se střídá s bisexuálním rozmnožováním

b) obligatní partenogeneze - je to jediný způsob rozmnožování

c) pedogeneze - partenogenetické rozmnožování larev, např. motolice (Trematoda)

d) geografická partenogeneze - omezena jen na určité zeměpisné polohy, např. u některých brouků (Coleoptera), motýlů (Lepidoptera).

e) merospermie - zvláštní případ partenogeneze, kdy do vajíčka sice proniká spermie, ale uplatňuje se z ní pouze dělící tělísko, její jádro zaniká (př.u hlístic (Nematoda))

f) haploidní partenogeneze - partenogenetické množení je v přímém vztahu k určení pohlaví, z neoplozených partenogenetických vajíček se líhnou samečkové, z oplozených samičky - jelikož na zrací dělení těchto vajíček nenavazuje restituční dělení jádra, jsou somatické buňky samečků haploidní (př. u společensky žijících druhů blanokřídlých (Hymenoptera), u vířníků (Rotatoria) a roztočů (Acari), (Sládeček 1986)

g) diploidní partenogeneze - spojena s restitučním dělením zralého vajíčka

h) amfitokní partenogeneze - část partenogenetických vajíček se vyvíjí bez restitučního dělení - vznikají z ní haploidní samečkové, u druhé části restituční dělení jádra probíhá - vyvíjí se z nich diploidní samičky

i) umělá partenogeneze - je možno i vyvolat mechanickými nebo chemickými zákroky u vajíček, která se normálně bez oplození nevyvíjí (např. vajíčka žab (Anura) nabodnutá jehlou smočenou v krvi nebo míze se partenogeneticky vyvíjí až v dospělce).

Meióza

Zdroj: Nečas (2000), Kislinger a kol. (1995), URL 120, cytologie

Při pohlavním rozmnožování se nový jedinec vyvíjí z jediné buňky, zygoty, která vzniká splynutím dvou pohlavních buněk (gamet) rodičovských. Dochází tak ke kombinaci genetické výbavy rodičů, čímž se zvyšuje možnost variability potomků.

Samotný pohlavní proces (vývoj, diferenciace a splývání pohlavních buněk) zabezpečuje meiotickým dělením a splýváním jader spermie a vajíčka rekombinaci příslušného druhu, čímž zvyšuje jeho schopnost přizpůsobovat se měnícím se životním podmínkám. (Knoz 1979)

Meióza zahrnuje:

- tzv. redukční dělení jádra, kdy dochází k redukci diploidního počtu chromozómů na haploidní (2n -----› n)

- je velice důležitá pro vznik gamet, které pak při oplození splývají v diploidní zygotu

- během meiózy dochází také k rekombinaci párových homologických (původně mateřských a otcovských) chromozómů (tj. k jejich segregaci) a k rekombinaci jejich částí (crossing-over)

- meióza se skládá ze dvou po sobě následujících dělení :

I. zrací dělení - heterotypické (redukční)

- na rozdíl od mitózy se rozcházejí celé homologní chromozómy

- probíhá ve stejných fázích jako mitóza, výrazně se však liší profází, která probíhá v pěti dílčích etapách:

1) I. profáze

a) leptoten

- chromozómy se zviditelňují spiralizací (kondenzací) DNA, svými konci jsou orientovány k povrchu jádra v místě centriolu (vzniklý útvar je označován jako buket)

b) zygoten

- dochází ke spojování dvou homologických (stejných, původně mateřských a otcovských) chromozómů za pomoci centrálního elementu synaptonemálního komplexu, tedy bílkovin, které tyto dvojice drží u sebe (je fixován na cytoskelet jádra tvořený laminy). Vzniklé páry se nazývají bivalenty - zůstává mezi nimi zachována tzv.redukční štěrbina

c) pachyten

- homologní chromozómy se vzájemně proplétají a ovíjejí. Současně se každý podélně štěpí na dvě chromatidy, které stále zůstávají spojeny centromérou (mezi chromatidami vzniká tzv. ekvační štěrbina).

- čtveřice chromatid se nazývají tetrády

- často dochází k překřížení nesesterských chromatid (tzv.crossing-over), kdy může dojít i k výměně určitých úseků DNA, čímž dojde ke kombinaci mateřského a otcovského genetického materiálu

- po crossing overu má tedy každá ze čtyř chromatid zcela originální genotypickou podobu

- samotná rekombinace je zřejmě řízena bílkovinovými komplexy, tzv. rekombinačními uzlíky, které se nacházejí v oblasti synaptonemálního komplexu

d) diploten

- dochází k rozestupu tetrád

- odbourává se synaptonemální komplex

- v některých místech mohou tedrády zůstat překřížené, vznikají tzv. chiasmata

- tetrády postupně tloustnou a zkracují se, ke konci této faze mívají kruhovitý tvar

e) diakineze

- diakinezí končí profáze I. zracího dělení

- při diakinezi dochází k rozpadu jaderné membrány, vymizení jadérka a vzniku dělícího vřeténka

2) I. metafáze

- homologocké chromozómy se shromažďují v ekvatoriální rovině

- jejich centromery nejsou dosud separovány a jsou náhodně (vzhledem k mateřskému či otcovskému původu) orientovány k protilehlým pólům buňky

- mikrotubuly dělícího vřeténka se pak podle této náhodné kombinace napojí na kinetochory centromer tak, že z každého pólu dosahují vždy k jednomu z homologických chromozomů - tím jsou dány předpoklady pro náhodnou segregaci chromozomů do gamet a vytvoření rekombinované chromozomové sady

3) I. anafáze

- celé homologické chromozómy se zkracováním vláken dělícího vřeténka posouvají k opačným pólům jádra, dochází tak k redukci počtu chromozomů, protože každé ze vznikajících dceřiných jader získává v telofázi jen polovinu (n): z každého páru homologních chromozómů jen jeden

- u každého pólu se tedy shromáždí kompletní sada chromozomů kombinovaná z chromozomů mateřských a otcovských (s eventuelně rekombinovanými chromatidami v důsledku crossing-overu)

4) I. telofáze

- bývá zakončena dělením buňky, jehož výsledkem je vznik dvou haploidních buněk

II. dělení - homeotypické (ekvační)

Toto dělení už má stejný průběh jako normální mitóza

- v anafázi se tedy rozcházejí jen chromatidy z každého chromozómu

- z každé buňky z prvního dělení vznikají po cytokynezi opět dvě buňky

Celková bilance meiózy : 4 haploidní buňky z jedné buňky diploidní

- pokud nastane crossing-over vzikají 4 navzájem různé rekombinováné gamety

- pokud meióza proběhne bez crossing-overu budou gamety díky náhodné segregaci po dvou stejné

Cytokineze

Zdroj: Knoz (1979), Kislinger a kol. (1995)

- děj, při kterém dochází k rozdělení celé buňky, nejen jaderného materiálu

- následuje po dělení buněk, ať už mitózou nebo meiózou

- dochází k rozdělení ostatní buněčné hmoty do dvou dceřiných buněk (organely a jiné struktury se zmnožují v interfázi)

- obě vznikající buňky jsou postupně centripetálně oddělovány vznikající cytoplazmatickou membránou (přepážkou)

Typy pohlavního procesu : (Knoz 1979)

a) hologamie - dochází ke splývání celých těl prvoků, která zde představují pohlavní buňky (gamety)

- izogamie - gamety jsou stejné tvarem i funkcí - tzv. izogamety

- fyziologická anizogamie - gamety se liší svojí pohyblivostí (samčí gamety bývají pohyblivější než samičí)

- morfologická anizogamie - gamety jsou funkčně i morfologicky odlišné (samčí gamety bývají menší a pohyblivější než samičí, označují se jako androgamety nebo mikrogamety, samičí buňky jako gynogamety nebo makrogamety

f) oogamie - u mnohobuněčných (dochází ke splývání výrazně diferencovaných pohlavních buněk a je zachována individualita mateřských jedinců

V některých případech nedochází u jednobuněčných ke splývání jader pohlavních buněk (kopulaci), ale pouze k dočasnému splynutí dvou jedinců, kteří si následně vymění redukovaná generativní jádra. Tento pohlavní proces se nazývá konjugace - např. u nálevníků (Ciliophora). (Sládeček 1986)

Gametická a zygotická redukce: Při oogamii mnohobuněčných dochází ke splývání pohlavních buněk s haploidním počtem chromozomů za vzniku zygoty, která se dále mitoticky dělí a všechny buňky vzniklé tímto dělením mají již chromozómovou sadu diploidní. Sled generací je tedy u většiny druhů spjat s pravidelným střídáním haploidní a diploidní fáze (haplo- a diplofáze). Haplofáze je omezena jen na zralé pohlavní buňky, zatímco diplofáze zahrnuje mnoho pokolení buněk somatických. Tento typ střídání haplo- a diplofáze se nazývá gametická redukce. U tzv. zygotické redukce může být střídání haplo- a diplofáze obrácené. Haploidní gamety dají vznik diploidní zygotě, která se však nejdříve redukčně dělí a až poté dochází k mitóze. Výsledkem je pak vznik haploidních somatických i pohlavních buněk. Diplofáze je tady zde omezena jen krátkou dobu od vzniku zygoty do ukončení redukčního dělení. (Knoz 1979)

2.2.3. Vznik a vývoj pohlavních rozdílů

U fylogeneticky nižších živočichů mohou pohlavní buňky vznikat z nediferencovaných buněk ve tkáních. Z těchto buněk mohou vznikat i somatické buňky. Jejich přeměnu v pohlavní buňky určují vnější vlivy (např. nepříznivé podmínky). Typ vzniklých gamet může být určován i polohou těchto buněk v těle. Např. u nezmarů se samčí buňky vyvíjejí v horní části těla, zatímco vajíčka ve střední části. Je to způsobeno rozdílnou hladinou neurosekretu, která je největší v oblasti nahromadění neuronů (kolem ramen) a klesá směrem k bázi těla. Při nižší koncentraci převládnou feminizující URL 100 faktory. V dolní části těla dochází k pučení (URL 101).

Podélný řez nezmarem ( URL 99).

U živočichů se složitější stavbou těla obsahuje již zárodek tzv. prapohlavní buňky, odlišné od buněk somatických. Z nich vznikají pohlavní buňky (jsou-li zničeny, je jedinec sterilní). Ty se ještě během vývoje zárodku dostávají vlastním pohybem nebo krevním oběhem do gonády, kde tvoří základ pro vývoj gamet.

2.2.4. Primární a sekundární pohlavní znaky

Primární pohlavní znaky: přítomnost samičí nebo samčí gonády.

Sekundární pohlavní znaky: vývodní cesty gonád, kopulační orgány, pomocné orgány (např. přidržovací orgány samců) – URL 105 a URL106, orgány sloužící k péči o potomstvo (abdominální nožky raků), zbraně sloužící v boji o samici, velikost a mnohé další orgány pro optické, akustické (URL 107) a pachové znaky. k sekundárním znakům patří i určité způsoby chování (svatební tance, mateřské instinkty). Některé tyto znaky mohou být přítomny trvale, jiné se objevují pouze v době páření či péče o potomstvo. U některých druhů živočichů nejsou sekundární znaky téměř viditelné, u jiných mohou být extrémně velké (viz URL 102, česky URL 103).

Tykadlovka holboellova (Ceratias holboelli) z čeledi tykadlovkovití (Ceratiidae) je příkladem pohlavního dimorfizmu. Samice dorůstá velikosti až 1 m, zatím co samci jsou  mnohonásobně menší, velicí pouze od několika mm po 16 cm. Tento dimorfizmus je účelným přizpůsobení hlubokomořským podmínkám, kde tykadlovky žijí. Problémem v takových podmínkách jako jsou hlubiny oceánu je ve tmě především při nízké  početnosti ryb najít partnera pro rozmnožování. Zmíněný druh to řeší tak, že pokud se samci podaří najít samici zakousne se do jejího těla a postupně redukuje své vnitřní orgány. Krevní oběh samce se propojuje se samicí a stává se z něj jen jakýsi přívěsek na těle samice na produkci spermií. Nejvíce byli na jedné samici nalezeni tři přirostlí samci.

2.3. Vývoj lidského zárodku

Tvorba gamet – gametogeneze

- Dozrávání gamet v zárodečném epitelu gonád

- Mezi spermatogenezí a oogenezí jsou rozdíly (délka trvání meiózy u antropoidů a člověka)

Mezi spermatogenezí a oogenezí jsou rozdíly (délka trvání meiózy u antropoidů a člověka)

Vývoj pohlavních buněk - gametogeneze

Pohlavní buňky se vyvíjejí v gonádách, které jsou zároveň místem pro jejich výživu a ochranu. Existují rozdíly mezi vývojem vajíčka a spermií, proto hovoříme zvlášť o vývoji chámových buněk, neboli spermatogenezi a o vývoji vajíček, ovogenezi.

Následující text této kapitoly byl převzat z učebnice Knoz (1979). Případné podrobnosti z jiné literatury jsou uvedeny.

Spermatogeneze (URL 121, viz též obr. v URL 117)

Vývoj spermií je nejlépe prozkoumán u člověka a savců. Probíhá ve stěnách semenných kanálků varlat. Stěny těchto kanálků se skládají z pojivové tkáně a z tzv. Sertoliho vrstvy (z vyživovacích buněk zárodečného epitelu), ve které jsou rozmístěna různá vývojová stádia spermií. Přímo pod povrchem kanálku je tzv. rozmnožovací zóna, kde se usazují primordiální gonocyty (prapohlavní buňky) a diferencují se v tzv. spermatogonie. Ty se v rozmnožovací zóně neustále mitoticky dělí. Nejstarší spermatogonie se posunují blíže ke středu semenného kanálku do tzv. růstové zóny. Zde narůstají a mění se ve spermatocyty I. řádu, ty vstupují do prvního zracího dělení a každý z nich dává vznik dvěma spermatocytům II. řádu, které jsou uloženy v tzv. zrací zóně opět blíže středu semenného kanálku. Spermatocyty II. řádu pak vstupují do druhého zracího dělení, při kterém z každého z nich vznikají dvě spermatidy. Ty se v těsné blízkosti vnitřního povrchu semenného kanálku diferencují ve vlastní spermie. Morfologický vývoj spermií se nazývá spermatelióza

(spermaohistogeneze). Zralé spermie se uvolňují do dutiny semenného kanálku, odkud jsou přes nadvarle odváděny pohlavními vývody navenek.

- Spermatogonie v semenotvorných kanálcích varlat rostou a mitoticky se dělí na spermatocyty I. řádu (2n)

- Spermatocyt I. řádu se v I. meiotickém dělení mění na 2 spermatocyty II. řádu (1n)

- Spermatocyt II. řádu se II. meiotickým dělěním dělí na 2 spermatidy (1n)

- Spermatidy se bez dalšího dělení diferencují ve zralé spermie (1n)

- U člověka cyklus trvá 74 dnů

Meióza v průběhu zrání spermií

Zdroj: O. Nečas: Biologie, učebnice pro lékařské fakulty

Struktura a funkce spermie

Je to jedna z nejspecializovanějších buněk lidského těla.  

Struktura spermie. Převzato z URL 116.

Části:

1. Hlavička obsahuje:

- DNA

- Akrozom = modifikovaný lysozom, který obsahuje:

- hydrolytické enzymy (hyaluronidáza) - rozpouští kumul. matrix

- proteázu (acrosin) - penetruje zonu pellucidu

2. Krček obsahuje:

- centriol

3. Střední část obsahuje

- mitochondrie (produkce ATP pro pohyb spermie

- mikrotubuly  (organizace 9+2)

4. Bičík

Kapacitace a akrozomální reakce

Pro fůzi s oocytem musí spermie podstoupit kapacitaci = fyziol. proces probíhající v ženském reprodukčním traktu, provázený hyperaktivní motilitou a akrozomální reakcí (schopnost penetrovat vaječné obaly a zona pellucida oocytu)

Typy spermií

Většina spermií mnohobuněčných je podobná buňkám bičíkovců. U některých živočichů se však vyskytují i permie bezbičíkaté (např. výbušné nebo explozivní spermie některých korýšů (Crustacea), opatřené výrůstky, které slouží k přichycení se na vajíčko a mechanismem, díky němuž je jádro i dělící tělísko vystřeleno do vaječné buňky ).

Bičíkaté spermie

Vyznačují se velkým obsahem jaderné hmoty. Jejich tělo je děleno na hlavičku, krček a ocásek (bičík). Hlavička je téměř celá tvořena jádrem, jen na jejím povrchu je obal a přední konec je změněn v zašpičatělý výběžek zvaný akrozom. Krček je válcovitá střední část spermie, obklopující bazální část bičíku. Jsou v něm uloženy mitochondrie a dělící tělísko. Ocásek spermie má obdobnou stavbu jako bičík prvoků.

U některých mořských plžů se vyskytují spermie dvojího typu - jedny jsou typické tzv. eurypenní a druhé jsou nápadně velké, s větším počtem bičíků a s malým obsahem jaderné hmoty tzv. spermie oligopyrenní nebo apyrenní, které slouží k přenosu pravých spermií k vaječným buňkám.

Oogeneze 1

- Z oogonií vznikají mitózou v kůře vaječníků oocyty I. řádu

- Oocyty I. řádu vstupují do meiózy, v 8.-9. měsíci intrauter. vývoje končí profáze I. meiotického dělení, meióza se     zastaví

- Od porodu do puberty jsou oocyty I. řádu ve stádiu klidu (diktyoten)

- meióza oocytů I. řádu se dokončuje souběžně s dozráváním Graafových folikulů ve 28-denních cyklech po celý fertilní věk ženy

Oogeneze 2

- I. meiotickým dělením vzniká z oocytu I. řádu (2n) jeden oocyt II. řádu a 1. pólová buňka (1n)

- II. meiotickým dělenímvzniká z oocytu II. řádu vajíčko a 2. pólová buňka

- 1. pólocyt se může homeotypicky rozdělit na dva, všechny pólové buňky zanikají

- Během metafáze II dochází k ovulaci

- Oocyt II. řádu pak putuje vejcovodem a II. meiotické dělení je dokončeno až po fertilizaci (za vzniku 2. pólocytu)

- Meióza u žen trvá 12 - 50 let!

Meióza v průběhu zrání vajíček

Zdroj: O. Nečas: Biologie, učebnice pro lékařské fakulty

Ovogeneze

Na počátku vývoje vajíčka se z primordiálních gonocytů diferencují tzv. oogonie, drobné buňky s velkými jádry. Vstupují do rozmnožovací fáze, během níž se mitoticky dělí.

Vzniká tak větší počet oocytů I. řádu, který se během života samičky už více nezvětšuje. Do období pohlavní zralosti se pak morfologicky příliš nemění. Teprve v době pohlavního dospívání vstupují do růstové fáze, během které dochází k mnohonásobnému zvětšování jejich jádra a hlavně cytoplazmy (cytoplazmatický růst). Velikost oocytů I. řádu se v tomto období zvětšuje až 10 000 krát. Na konci růstové fáze vstupují do prvního zracího dělení, kdy z každého oocytu I. řádu vzniká jeden velký oocyt II. řádu a jedna malá pólová buňka. Oocyty II. řádu vstupují do zrací fáze, během které prodělávají druhé zrací dělení. Z každého oocytu II. řádu vzniká jedna ootida a jedna buňka pólová. Současně s tímto dělením se však může dělit i první pólová buňka, takže ootida má na svém povrchu dvě až tři malé pólové buňky, které jsou postupně vstřebávány a vzniká tak zralé vajíčko (ovum). (Dnes je názor o stálém počtu oocytů před porodem zpochybňován, zejména pracovníky kolektivu Dr. Jonathana Tylliho.)

Typy vajíček

V průběhu růstové fáze je ve vaječných buňkách ukládáno velké množství živin, které pak slouží k výživě vyvíjejícího se zárodku, jde o tzv. vitelogenní fázi neboli vitelogenezi. V cytoplazmě vajíčka se ukládají tukové kapénky, glykogen a žloutková zrna složená z nukleových kyselin a bílkovin. Tyto látky bývají ve vajíčku různě uspořeny. V důsledku toho jsou vajíčka často polárně rozlišena na animální a vegetativní pól. Vegetativní pól je na místě, kde do vajíčka pronikaly živiny.

Podle množství a rozložení výživného žloutku (deutoplazmy) a žloutku tvořivého (cytoplazmy), můžeme vajíčka dělit do těchto skupin :

a) holoblastická (oligolecitální) - vajíčka s téměř žádným nebo jen s malým obsahem žloutku

- alecitální - téměř bez žloutku

- izolecitální - s malým obsahem žloutku, rozloženým rovnoměrně v cytoplazmě

- heterolecitální - se žloutkovými zrny soustředěnými při vegetativním pólu - např. vajíčka obojživelníků (Amphibia)

b) meroblastická (polylecitální) - vajíčka s vysokým obsahem žloutku

- telolecitální - výživný žloutek vyplňuje téměř celé vajíčko, cytoplazma jádrem se

vyskytuje jen na animálním pólu - př. vajíčka ptáků (Aves) a plazů (Reptilia)

- centrolecitální - cytoplazma tvoří tenkou vrstvu na povrchu vajíčka, jádro s malým množstvím cytoplazmy je v jeho středu, ostatní prostor vyplňuje výživný žloutek, př.vajíčka hmyzu (Insecta)

Four different kinds of cleavages in metazoan embryos (Kalthoff, 2001).

Převzato z URL 122.

Vaječné obaly

Vznikají na povrchu vajíčka na konci růstové fáze.

a) primární obaly - jsou vylučovány samotným oocytem, nejčastěji jsou to pružné membrány

- žloutková blána (membrana vitellina), např. u ptáků (Aves)

- žíhaná membrána (zona radiata =oolema) u savců (Mammalia)

b) sekundární obaly - vznikají činností folikulárních buněk

- např. tuhý chitinoidní obal vajíček hmyzu (Insecta),který se nazývá chorion

c) terciální obaly - vznikají zpravidla až po oplození činností přídatných žláz samičího pohlavního ústrojí

- např. skořápky, papírové blanky a bílek ptačích vajíček (Aves), rosolovité obaly vajíček měkkýšů (Mollusca) nebo rosolovité a plsťovité obaly vajíček hmyzu (Insecta), jehož vývojová stádia žijí ve vodě (Sládeček 1986)

Profáze I 

Metafáze I 

Metafáze II 

Komplex oocyt + kumulus oophorus

Osemenění

Osemenění neboli inseminace je proces, při kterém se setkávají spermie s vaječnými buňkami. To lze zajistit různými způsoby. V nejjednodušším případě jsou spermie vypouštěny přímo do vody (např. při tření ryb (Pisces)). Jinou možností je páření, tedy zavádění spermií do pohlavního ústrojí samic pomocí pářících orgánů samců. Produkce pohlavních buněk při tomto způsobu osemenění není tak značná jako v prvním případě, protože pravděpodobnost oplození je zde větší.

U některých druhů nemusí být spermie zaváděny přímo do pohlavního ústrojí samice, ale mohou k vaječníkům pronikat přes tělní stěnu - např. u některých ploštěnců (Ptahelminthes) - nebo se hromadí v semenných schránkách, umístěných mimo pohlavní ústrojí.

Oplození (fertilizace) – viz též obr. v URL 116

Oplození neboli kopulace je proces splývání vajíčka se spermií. Následuje po něm splývání jader haploidní gamety samčí a haploidní gamety samičí, tzv. amfimixis.

- produktem je zygota

- zona pellucida - ZP (glykoproteinový obal kryjící PM vajíčka) je obvykle prostupný pouze pro spermie vlastního druhu

- kapacitované spermie se váží na povrch ZP

- vyprázdní se akrozom, hyalurodináza naruší ZP, PM hlavičky spermie fúzuje s PM vajíčka

- do vajíčka vniká hlavička, krček a spojovací oddíl spermie

- DNA spermie expanduje a tvoří samčí pronukelus

- zároveň s fúzí je vyloučen 2. pólocyt (je dokončeno II. meiot. dělení)

- formuje se samičí pronukleus

Kortikální reakce

- po fúzi spermie s oocytem

- kortikální granula uvolní obsah do perivitel. prostoru

- reakce s glykoproteiny ZP způsobí „zpevnění“ ZP

- působí jako blokace polyspermie

- prvojádra migrují na střed zygoty, sdružují se, nefúzují

- membrány prvojader praskají, dochází k syngamii jader (20h po fertilizaci

U všech živočichů probíhá oplození v podstatě stejně. Spermie se k vaječné buňce dostávají buď pohybem ve vodním prostředí nebo v tekutinách vylučovaných přídatnými žlázami samčího pohlavního ústrojí. Ty jsou zároveň i vhodným životním prostředím spermií a do jisté míry slouží i jako zdroj energie.

Setkání spermií s vajíčkem je řízeno chemickými interakcemi (např. vajíčka vylučují CO_2, který aktivuje spermie v pohybu k vaječné buňce). Uplatňují se také tzv. gamóny, produkty pohlavních buněk, které mají charakter antigenů a protilátek.

Gynogamon I. - je vylučován vajíčkem

- urychluje pohyb spermií k vajíčku, aglutinuje je a přilepuje na povrch vaječné buňky od toho okamžiku, kdy do něj pronikla první spermie

Androgamon I. - vylučovaný spermiemi

- brzdí jejich pohyb, čímž prodlužuje jejich životnost (v blízkosti vajíčka může jeho účinek rušit působení gynogamonu I.)

Androgamon II. - vylučovaný spermiemi

- rozpouští vaječný obal a tím umožňuje proniknutí spermie do vajíčka

- pro toto rozpuštění musí být vyloučen více spermiemi, proto je výhodné, když se do blízkosti vajíčka dostane více spermií

V okamžiku, kdy první spermie dosáhne povrchu vajíčka, vytváří vajíčko tzv. oplozovací hrbolek, kterým je spermie vtažena dovnitř. Ihned po oplození začne vajíčko vylučovat gynogamon II., ten zamezí dalšímu pronikání spermií. Korová vrstva vajíčka se začne měnit v tzv. oplozovací membránu, která se od povrchu vaječné buňky odděluje tzv. perivitelárním prostorem.

Spermie po proniknutí do vajíčka ztrácí bičík a její hlavička se mění v samčí pronukleus (projádro). Z krčku spermie se uvolňuje centriol zygoty a z cytoplazmy vajíčka astrosféra (dlouhá vlákna mikrotubulů). Jádro vajíčka se mění v samičí pronukleus, který splývá se samčím prvojádrem v tzv. synkaryon.

Zygota si ponechává jako funkční mitochondrie vajíčka. Pokud spolu s krčkem proniknou do zygoty i mitochondrie samčí, enzymy buňky je rozliší podle membránových proteinů a zlikvidují je.

Po oplození se rychle zvětšuje propustnost vaječných obalů pro vodu a soli. Také se zvyšuje spotřeba kyslíku.

U většiny živočichů bývá vajíčko oplodněno pouze jedinou spermií, pronikne-li spermií více, dochází k nepravidelnému, multipolárnímu dělení a zárodek hyne.

U některých druhů se můžeme setkat s tzv. fyziologickou polyspermií, při které proniká do vajíčka větší počet spermií. S jádrem však splývá jen jedna, ostatní se mění v tzv. vitelofágy, jádra, která napomáhají vyvíjejícímu se zárodku při trávení žloutku.

Průnik spermie do zona pellucida oocytu (řez oocytem – foto z el. mikroskopu)

Fertilizovaný oocyt (Samčí a samičí pronukleus, 2 pólocyty)

Nesprávný průběh fertilizace
(Do oocytu vnikly 2 spermie, vznikla triploidní zygota, v zona pellucida jsou viditelné „neúspěšné“ spermie)

Preimplantační vývoj lidského embrya

- začíná fertilizací a končí implantací blastocysty v děložním endometriu 6 dní po oplození

•- probíhá ve vejcovodech a děloze

- embryo se rýhuje opakovanými mitózami, až formuje plnou blastocystu (asi 100 buněk)

- nutričně je embryo závislé na sekreci vejcovodů a dělohy (absence žloutku)

- blastocysta opouští zónu pellucidu (hatching) a uhnízďuje se ve sliznici dělohy

Schéma časného vývoje embrya a nidace:

Zdroj: H. Sathanathan et al.: Visual Atlas of Early Human Development for Assisted Reproductive Technology

Vývoj lidského embrya viz též  URL 116.

24 h po fertilizaci - (2-buněčné embryo)

48 h po fertilizaci - (4-buněčné embryo)

72 h po fertilizaci – (6-buněčné embryo)

72-96 h po fertilizaci - (Morula 8 -16 buněk, tečky na zona pellucida = spermie)

120 h po fertilizaci - (Blastocysta – první známky diferenciace na embryoblast (dole) a trofoblast (na periferii)

Přirozený hatching (uvolnění z obalu) blastocysty

(jeden z okamžiků, kdy vznikají monozygotní dvojčata – BC se rozdělí při průchodu otvorem v ZP)

Asistovaná reprodukce - historie

- Léčba ženského faktoru – „tubární sterilita“

- 1978 – Edwards a Steptoe (Anglie)

- 1982 – Tesařík, Trávník, Pilka, Uher, Dvořák (Brno) – GIFT

- Laparoskopie – diagnostika

- Mikrochirurgie – léčba (40% úspěšnost)

- Řízená ovariální stimulace

- Odběr oocytů + spermatu → „smísení“ v laboratoři a transfer zpět do vejcovodu (mikrochirurgie)

- Kultivace gamet a embryí v laboratorních podmínkách (IVF)

Indikace pro metody asistované reprodukce

- Tubulární sterilita

- Andrologický faktor

- Imunologicky podmíněná sterilita

- Endometrióza

- Sterilita vyžadující dárcovství gamet (spermie, oocyty, embrya)

- Genetický faktor

In vitro fertilizace (IVF)

- Stimulace ovárií

- Odběr oocytů

- Hodnocení kvality a zralosti oocytů

- Oplození: klasická inseminace

ICSI

- Kultivace embryí in vitro

- Embryotransfer

- Kryokonzervace „nadbytečných embryí“

Mikromanipulační techniky

Slouží ke:

- zvýšení úspěšnosti fertilizace (ICSI)

- zvýšení úspěšnosti nidace embrya (AH)

- umožňují odběr buněk z embryí ke speciálním vyšetřovacím technikám (PGD)

Provádění mikromanipulací (Mikroskop Nikon TE 300+manipulátory Narishige)

ICSI – intracytoplazmatická injekce spermie do oocytu

(umožňuje oplození vajíček v případech, kdy to např. z důvodu nedostatečného počtu spermií nelze jinak.)

Asistovaný hatching (narušení zona pellucida pro usnadnění nidace embrya)

Preimplantační Genetická Diagnostika - PGD

Preimplantační Genetická Diagnostika - Nejčasnější forma prenatální diagnostiky, provedená před implantací embrya v děloze (možná jen v návaznosti na metody IVF)  

Jak se PGD provádí?

- IVF

- Biopsie oocytu, embrya (zisk 1 buňky k vyšetření – pólocyt, blastomera)

- Cílené genetické vyšetření z 1 buňky oocytu, embrya

- Kultivace embryí po biopsii

- Výběr „zdravých embryí“ k ET

Choroby, které lze pomocí PGD eliminovat:

Pomocí FISH:

- Choroby vázané na pohlaví (selekce pohlaví)

- Downův syndrom,...

- Translokace, inverze, delece,…

- Monogenně dědičné choroby (cystická fibróza, thalassémie, hemofilie A i B, myotická   dystrofie,…)

Biopsie embrya k PDG

FISH: blastomera XXX, 2x13, 3-4x18, 2x21

FISH: blastomera XY, 3x13, 2x18, 2x21

FISH: paintingt (1;4)

3. Vývoj jedince

Vývoj jedince se z počátku děje uvnitř vaječných obalů a někdy i v těle matky. Je to období tzv. vývoje embryonálního.

Po zrození prodělává mládě ještě dlouhé období tzv. postembryonálního vývoje.

To je završeno obdobím dospělosti, které pro většinu živočichů znamená dobu pohlavního rozmnožování. Následují stárnutí organismu a ukončení života – smrt.

3.1. Embryonální vývoj

Má dvě základní období – blastogeneze a organogeneze.

V období blastogeneze probíhá především dělení buněk a diferenciace zárodečných listů. Rychlý růst zárodku a diferenciace tkání a orgánů nastává v období organogeneze.

Existuje několik způsobů embryonálního vývoje v souvislosti na rozložení živin (žloutku) v cytoplazmě vajíčka. Na vegetativním pólu, kudy živiny do vajíčka vstupovaly, bývá žloutku více než na opačném pólu animálním.

Z animálního pólu se vyvíjí především ektoblast, zatímco z pólu vegetativního zejména entoblast.

Blastogeneze se dělí na období rýhování vajíčka a období gastrulace. U obratlovců navazuje další období – notogeneze neboli neurulace – charakteristické vznikem základů některých orgánů (struna hřbetní, nervová trubice).

3.1.3.Rýhování

Zpravidla za několik minut po oplození vstupuje synkaryon zygoty do karyokineze a následně proběhne i dělení plazmy. Vznikají dceřiné buňky – blastomery.

Přetrvávající zřetelná rýha mezi nimi se nazývá rýhovací brázdou. Mitózy následují krátce po sobě a počet buněk se zvětšuje. Po vytvoření malé, tzv. rýhovací dutiny uvnitř dosahuje zárodek stadia moruly (podobá se plodu moruše). Vývoj pokračuje do stadia zvaného blastula, což je zpravidla dutý útvar s jedinou vrstvou buněk na povrchu. Dutina se nazývá prvotní dutinou tělní (blastocoel). Celý útvar není o mnoho větší nežli původní vajíčko – buňky se zmenšují co do množství cytoplazmy. Jádra se příliš nemění, zůstávají přibližně stejně velká jako jádro zygoty. Extrémní korelace jádroplazmová u vaječné buňky se postupně blíží poměrům běžným u tkáňových buněk.

Typy rýhování

1. Rýhování úplné – totální. Vaječná buňky se dělí celá a stejně tak i blastomery, které jsou dokonale odlišeny co do vlastní cytoplazmy. Toto rýhování je typické pro všechna holoblastická vajíčka (malé množství žloutku).

2. Rýhování částečné – parciální. Rýhy nepronikají do hloubky zárodku a v některých případech není ani zdaleka rozrýhován celý povrch vajíčka. Jde o rýhování vajíček meroblastických.

· Centrolecitální vajíčka se rýhují na povrchu – rýhování superficiální.

· U telolecitálních vajíček dochází k rýhování jen na animálním pólu. Rýhuje se jen tzv. tvořivá plazma. Buňky vytvářejí terčík – jde o rýhování diskoidální.

3. Rýhování stejnoměrné – ekvální. Vznikající blastomery jsou stejné velikosti. Probíhá u holoblastických (alecitálních a izolecitálních) vajíček.

4. Rýhování nestejnoměrné – inekvální. Vznikající blastomery nejsou stejně velké (mikromery, makromery, mezomery). Je typické pro heterolecitální vajíčka (Ale vyskytuje se i u vajíček ježovek.)

5. Rýhování synchronní a asynchronní. Podle toho, zda se všechny blastomery dělí současně (synchronní) nebo v rozdílném časovém sledu (asynchronní). Většina vajíček se prvně dělí synchronně a později se sled dělení skupin buněk rozdělí.

6. Rýhování paprsčité – radiální. První rýha poledníková (meridionální), druhá rovněž, na ni kolmá, třetí rýha v rovině rovníkové – ekvatoriální. Další rýhy podobně – buď poledníkově nebo nad a pod rovníkem. Zárodek je pak paprsčitě souměrný.

7. Rýhování spirální. Dělící vřeténka jsou orientována vzhledem k animálně – vegetativní ose pod úhlem 45^o, takže uspořádání buněk zárodku je spirálovité v rovnoběžných rovinách. Buňky jsou oproti sobě posunuty o polovinu své šiřky (jako cihly ve zdivu). Podle směru otočení osy dělícího vřeténka – rýhování lexiotropní (doleva) a dexiotropní (doprava). Homokvadrátní a heterokvadrátní rýhování (podle buňky D, zda je stejná nebo větší než ostatní blastomery – A, B, C.)

8. Rýhování disymetrické – ve dvou rovinách souměrnosti – u žebernatek

9. Rýhování bilaterální – dvoustranně souměrné – blastomery jsou seskupeny podle jedné roviny souměrnosti. Každá blastomera na pravé polovině zárodku odpovídá shodné blastomeře na levé polovině.

10. Rýhování anarchické – popsáno Mečnikovem (1886) u hydromedůzy Oceania armata. Průběh je chaotický, blastomery rozvolněné, teprve později se shlukují a další genezi embrya.