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作者:兰德隆•谢特尔兹

美国哥伦比亚大学内外科医学院妇产科副教授,纽约产育基金会研究部主任,曾与人合著《从受孕到出生:生命舞台的序幕》

作者:大卫•罗维克

曾任《时代》杂志科学和医学栏目记者。

导语

现在我们来看看卵子和精子是如何结合在一起的,以及在这一过程中性别是如何确定的。我们从卵子(即卵细胞)——谢特尔兹博士称其为"女王细胞"——开始说起。

对于谢特尔兹博士授予的这个称号,卵细胞可谓当之无愧,因为它身上的确有一些得天独厚的"女王范儿"……

女王细胞的一生

肉眼可见的女王范

正如自然界中的蚁后和蜂后,女王细胞的体积比其他细胞大得多。它的重量可达1微克,直径可达0.2毫米,视力良好的人肉眼便可观察到。

步履安详"侍女"相伴

卵子的"女王范儿"还体现在另外一个方面:它移动时步履安详,身边围绕着一大群"侍女"。这些卑微的"侍女"都曾是女王细胞——也就是卵子——的候选者,但都因为某种原因而"落选"了。这些簇拥着"女王"的细胞有时被称为"颗粒细胞",它们在"女王"从卵巢向输卵管进发的过程中承担保护和滋养的职责。

出生即定始基卵泡

女人一生有数十万个"成熟卵子"

女孩出生的时候卵巢内就已经有了上百万个始基卵泡,但性成熟后只有数十万个留了下来,其他的都在成熟的过程中逐渐死亡了。在这数十万个幸存的卵泡中,又只有数百个真正有机会完成自己的使命。进入青春期后,脑垂体开始分泌促性腺激素,引发一系列复杂的生化反应,卵母细胞开始产生。在这些激素的引导下,女孩的身体渐渐发育成熟,成为有孕育能力的女性,标志便是每月出现一次月经。

卵巢排出卵子

卵子在不断的"脱衣服"中期待着精细胞

女性的平均月经周期是28天。排卵——卵巢排出卵子——发生于月经周期过半的时候,平均来说是在第14天。卵子会脱离卵巢表面的卵泡,被大约5000个颗粒细胞围绕着,通过细如发丝的输卵管艰难地移动到子宫里。在输卵管移动的过程中,卵子会逐渐摆脱周身由颗粒细胞黏结而成的"放射冠"。从某种角度来说就是卵细胞开始"脱衣服",期待能在输卵管中遇到一个精细胞。

几十年的等待

常被放鸽子 随后死去

如果"女王"被"放了鸽子"——也就是没有遇到任何追求者——那么就一切尽失了。那些十几年甚至几十年前就已经诞生,一直在"等待"这一刻却错失所爱的卵细胞会进入子宫,然后死亡。负责刺激卵巢排卵的性激素同时也负责通知子宫准备迎接受精卵的到来,为此子宫内壁会增厚,更利于受精卵着床。但是如果没有受精卵到来,"床"就会被撤掉。为迎接新生命而增加的子宫内壁细胞通过月经排到体外。一个月后这一过程重新开始,下一个"准女王"也许会有好运。

精子斗士的艰辛之旅

百万精子追求一个卵子

精细胞与卵细胞差异很大。不过,男性在出生时也已经有了大量的精子,这些原始精子都潜伏在睾丸内的输精管中,直到青春期才也在复杂的激素刺激下急剧增加——每天大约增加3亿个。男性每次射精最多可排出10亿个精子,这个数量相当惊人,尤其是考虑到这支精子大军的目标是拼抢唯一一个卵子!一般来说,只有一个精子有机会与卵子结合,所以乍看之下,这似乎属于严重"浪费"。

精子的重量是卵子的1/90000

不过,这种方式其实很适合精细胞,因为只有极少数精子有机会接近卵子。精子的重量是卵子的1/90000,尽管精子的长度超过了卵子的直径(精子的长度一般为0.05毫米),但精子主要是后面拖着的尾巴长。这些微小的细胞必须克服重重阻碍才能到达卵子身边,它们中的大部分都在半路就已失去活力,只有极少数才有可能授精。 精细胞是人体最小的细胞。曾有人估测,育出目前全球人口所需的卵子用一个饼干罐就能装下。相比之下,育出这些人口所需的精子体积更小,一个顶针就能装下。

多数射精中阵亡

射精后大批精子被消灭在阴道中

这些微型士兵在被送入女性生殖道的一刹那,突然发现自己面临一大危机。卵子是在一大批颗粒细胞的保护下缓缓来到"外面的世界",它们可不是。谢特尔兹博士戏称,精子一出世,便"赤膊上阵",只求快不求持久。谢特尔兹博士还喜欢将精子比作必须在奔腾数千米的激流中逆流而上的三文鱼。精子所处的环境也确实很像酸性物质构成的逆流。阴道的环境偏酸性,但越靠近排卵日就越偏碱性,从而更利于受孕,这是大自然之手在为精子助一臂之力。可即便如此,女性阴道中的分泌物仍然对精子有很大的杀伤力,射精后有大批的精子很快就被消灭在阴道中。

选错就彻底失败了

选择哪一侧输卵管是个问题

那些被直接"射"到阴道深处的精子生存概率更高,也就更有可能与卵子结合。靠近子宫口(宫颈)的分泌物偏碱性,但即便是被直接送到宫颈处的精子,也必须奋力摆动小尾巴游过宫颈分泌的黏稠激流。那些好不容易进入了子宫的精子还要继续努力游向输卵管口,然后不得不做出一个选择:究竟应该选择哪一侧输卵管呢?选错就彻底失败了。

众多的精子杀手

白细胞视精子为入侵者

精子没有"雷达"或其他能够探测哪一侧输卵管中有卵子的神奇工具。最近的一些新研究认为,卵子可分泌一种精子能"闻到"的"香气"。很多精子会选错,而那些选对了道路的精子,此时离成功仍很遥远。横亘在它们面前的仍然是一条逆流,正是这条逆流——由输卵管壁的肌肉收缩、滚滚而下的卵巢分泌物和其他液体及管壁上细如发丝的细胞间的轻微撞击推动着卵子一路下行到子宫,同时却阻碍着精子前行。输卵管并不是平滑的管道,管壁上密布着细小的凹陷,无数精子被困其中而无力回天。此外,女性体内的白细胞都是勤奋的清道夫,它们随时可能出动。对它们来说,精子也是外来"入侵者",一旦与之遭遇,定然无情吞噬。

英雄主角战胜逆流

生命力特别强的精子可存活4天

这就好像一场电子游戏,英雄主角——精细胞——必须战胜逆流,克服酸性环境,穿越黏稠液体,避开死亡陷阱和杀手细胞,最终成功解救卵子女王。而且这场游戏"时不待人",无论卵子还是精子的存活时间都不长。 最后只有数百个——最多数千个——精子可以一睹卵子女王的芳颜。有些精子立刻就直冲过去,却因丝毫之差错失了目标。或许大自然是特意这么设计的,让如此之少的精子拥有与卵子结合的机会,设置重重障碍只是为了从中筛选出最成熟的精子——只有最强健的精子才能存活下来,有幸成为女王的伴侣。精子大军可能在几小时之内就到达卵子身边。当然,如果届时卵子尚未从卵巢中排出,可怜的精子们就白忙了一场。少数足够强壮的精子会"继续等待",希望卵子能够出现,它们能够完成授精。一些生命力特别强的精子可存活4天,但是绝大部分精子都做不到。

精子卵子的爱情之舞

胜利的勇士独占芳心

在理想状况下,卵子和精子会在输卵管的上半部分迎面相遇。精子会埋头直往卵子里钻;历尽千辛万苦才到达这里,它们可不会等着对方发出邀请。不过,它们随后就会发现,卵子有着坚硬的保护层,它们不得不奋力摆动自己的小尾巴,希望能够第一个攻克这一保护层,独占卵子的芳心。

一旦相遇女王即刻放下闸门

对,确实是"独占",因为只要有一个精子穿过了卵子内部的某个位置,"女王"就会说:"这就是我的丈夫!"然后放下闸门,将其他的国王候选人彻底阻隔在外。那位成功进入卵子的"障碍赛冠军"现在基本上胜券在握,但是此时它仍须继续向卵子更深处前进;而其余的选手则被一层看不见的墙壁挡住,无论怎么努力也无法前进一步。

不断加快的顺时针旋转

最后的疯狂有其特殊意义

整个过程在显微镜下看起来相当精彩。当胜出的精子在卵子内部移动,直奔目的地(卵核)时,其他数百或数千个精子在继续摆动尾巴,而且是同时摆动。这就造成了一种波动的效果,看起来就像一大片高高的小草在风中舞动,其结果就是令卵子以不断加快的速度顺时针旋转。谢特尔兹博士将这一景象称为"爱情之舞"。失败的精子们继续贡献自己的力量,直至力竭而亡。它们这种最后的疯狂似乎也有其特殊意义,即帮着推动正与已到达目的地的精子结合的卵子沿输卵管前往早已翘首以待的子宫。

竞赛的胜利者

其他精子无法越雷池一步

事实上,当那个一直向里闯的精子成功穿透卵子外层(也就是细胞质)的时候,它就正式被宣布为这场竞赛的胜利者。从那一刻起,生化反应迅速启动,令其他精子无法越雷池一步。细胞质内部开始剧烈震动——就好像卵子正在经历一次高潮。精子的穿透也刺激卵子完成了最终成熟过程。精子在前往其"新世界"中心的途中会脱掉"头部" ——当初帮助它"攻破城池"的设备——和"尾部",因为它们都已经完美地完成了自己的使命。

新生命诞生

23对染色体组建家庭

现在,精子只剩下内含23条染色体的"原核"了。精原核悠然接近卵原核——另外23条染色体的家。两者缓缓接触,它们的细胞膜开始消失,两组染色体结合在一起。起初它们混在一起,后来便结成了对。然后这46条染色体共同构成了一个新细胞的细胞核——实际上,是共同构成了一个新的人类生命。

精子决定性别

精子第23条染色体的生命意义

这个新生命的性别完全由赢得比赛并与卵子结合的精子的类型决定。精子中的22条染色体和卵子中的22条染色体相互匹配,共同决定所有的身体特征——除了性别。剩下的一条精子染色体和一条卵子染色体匹配成对来决定性别。卵子贡献的永远是一条X染色体,而精子贡献的可能是X染色体,也可能是Y染色体。如果胜出的精子携带的是X染色体,配成的对就是XX,在遗传学中代表女孩。而如果胜出的精子携带的是Y染色体,配成的对就是XY,也就是男孩。

下期预告
  • 1、性染色体的发现史

    大自然母亲如何性别选择

  • 2、女王细胞的爱情之舞

    百万精子的艰辛追求之路

  • 3、宫颈黏液的分泌规律

    宫颈粘液法确定排卵日

  • 4、基础体温确定排卵日

    是作为判断排卵日很必要的辅助方法

  • 5、排卵检测工具

    是检测工具而并非预测工具

  • 6、确定排卵的其它方法

    经间痛也是可靠的排卵日判断工具但并不适用所有人

合作机构北京科学技术出版社

北京市科普传媒基地,获得"全国新闻出版先进集体"、"北京市精神文明单位"、"北京市纳税信用A级企业"、"北京市科学技术普及工作先进集体"等荣誉。

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