Koncepce není okamžik. Je to sled událostí, které se odvíjejí během hodin a dnů, přičemž každý krok závisí na přesném molekulárním načasování. Proces začíná dvěma buňkami – spermií a vajíčkem – z nichž každá nese polovinu genetického materiálu potřebného pro stavbu člověka. Jejich setkání spustí kaskádu, která přemění jedinou oplodněnou buňku na strukturu, která se během týdne začne zapouštět do děložní stěny a vysílat chemické signály do těla matky.
Cesta spermie: selekce před oplodněním
Ze 100 až 300 milionů spermií uložených během ejakulace jich jen několik stovek dosáhne místa oplodnění v ampulce vejcovodu. Zbytek je eliminován vaginální kyselostí, cervikálním hlenem a imunitními buňkami, které hlídají ženský reprodukční trakt. Cervix funguje jako první filtr. Mimo plodné okno tvoří cervikální hlen hustou síť, kterou spermie nemohou proniknout. Během ovulace estrogen mění strukturu hlenu – ten se stává vodnatým a uspořádává se do mikroskopických kanálků, které vedou spermie nahoru.
Spermie, které procházejí děložním čípkem, podléhají kapacitaci, biochemickému procesu, který odstraňuje bílkoviny a cholesterol z membrány hlavičky spermie. Kapacita trvá asi 6 až 8 hodin. Bez něj nemohou spermie proniknout vnějšími vrstvami vajíčka. Tento proces také připraví spermie pro akrozomovou reakci – uvolnění enzymů, které tráví ochranný obal vajíčka.
Příprava vajíčka: čekání na buňku
Vajíčko neboli oocyt je největší buňkou v lidském těle – o průměru asi 0,1 milimetru, viditelná pouhým okem. Je zastaven v metafázi II meiózy, stavu pozastaveného dělení, který si udržuje od doby před narozením. Vejce je obklopeno dvěma bariérami: cumulus oophorus, oblak výživných buněk, a zona pellucida, tuhý glykoproteinový obal.
Při ovulaci fimbrie vejcovodu zametají vajíčko dovnitř. Cilia vystýlající trubici vytváří jemný proud, který posouvá vajíčko směrem k děloze. Vajíčko je životaschopné asi 12 až 24 hodin. V tomto okně musí dojít k oplodnění.
Oplodnění: okamžik splynutí
Když spermie dosáhnou vajíčka, narazí jako první na buňky kumulu. Hyaluronidázové enzymy uvolněné z akrozomu spermií rozpouštějí matrici držící tyto buňky pohromadě. Spermie protlačují a dosahují zona pellucida. Jedna spermie se dostane do kontaktu. Jeho akrozom zcela praskne a uvolní enzymy, které vytvářejí cestu zónou. Hlavička spermie splyne s vaječnou membránou.
Fusion spustí dvě okamžité změny. Nejprve vajíčko dokončí meiózu II a odhodí polovinu svých chromozomů do malého polárního tělíska. Za druhé, kortikální granule uvnitř vajíčka uvolňují svůj obsah do prostoru mezi membránou a zónou. To blokuje vstup dalších spermií – zónovou reakci. Polyspermie neboli oplodnění více spermií vytváří neživotaschopné embryo s abnormálním počtem chromozomů.
Uvnitř vajíčka se rozpouští ocas spermie. Jádro spermie bobtná. Obě jádra - nyní nazývaná pronuklei - migrují k sobě. Jejich membrány se rozpadají. Mateřské a otcovské chromozomy se mísí. Toto je syngamie, tvorba zygoty. Událost trvá asi 18 až 24 hodin po vstupu spermií. Buňka nyní obsahuje 46 chromozomů v nové, unikátní kombinaci. Napůl od matky, napůl od otce. Genetický plán je nastaven.
Štěpení: první dělení
Asi 24 hodin po oplodnění se zygota poprvé rozdělí. Toto je štěpení — mitóza bez buněčného růstu. Z jedné buňky se stanou dvě, pak čtyři a pak osm. Každá dceřiná buňka, nazývaná blastomera, je menší než mateřská. Embryo zůstává stejné celkové velikosti jako zygota, stále uzavřené v zona pellucida.
Ve fázi 8 článků, kolem 3. dne, nastává kritická změna: zhutnění. Blastomery se vzájemně zplošťují a tvoří těsné spoje. Embryo se stává morulou, latinsky „moruše“. Buňky na vnější straně později vytvoří placentu. Buňky uvnitř se stanou vlastním embryem. Toto je první diferenciační událost v lidském vývoji — první rozhodnutí o tom, které buňky postaví tělo a které ho podpoří.
Blastocysta: struktura s určitým účelem
Do 5. dne se uvnitř moruly začne hromadit tekutina. Buňky se organizují do duté koule zvané blastocysta. Obsahuje dvě buněčné populace:
- Trofektoderm. Jedna vrstva buněk tvořící vnější obal. Vznikne tak placenta a fetální membrány.
- Vnitřní buněčná hmota. Shluk buněk připojený k jedné straně dutiny. Jedná se o pluripotentní kmenové buňky schopné tvořit jakoukoli tkáň v lidském těle. Vytvoří embryo a nakonec i celý organismus.
Zona pellucida se ztenčuje a praská. Vylíhne se blastocysta. Nyní může volně interagovat přímo s endometriem, děložní výstelkou připravenou progesteronem během luteální fáze. K vylíhnutí dochází kolem 6. dne. Implantace následuje během 24 až 48 hodin.
Implantace: embryo se samo zabuduje
Implantace je aktivní, invazivní proces. Blastocysta neplave pasivně do děložní stěny. Jeho trofektodermové buňky rozšiřují výběžky, které svírají povrch endometria. Vylučují enzymy, které rozpouštějí extracelulární matrix a zavrtávají se do tkáně. Embryo se doslova zaryje dovnitř. Do 9. dne je zcela zapuštěno pod povrch endometria.
"Prvních sedm dní lidského vývoje zůstává jedním z nejobtížnějších biologických procesů ke studiu - ne proto, že je to nepoznatelné, ale protože se to děje na místě, kam se výzkumníci nemohou snadno dostat, aniž by narušili to, co chtějí pozorovat." — Magdalena Zernicka-Goetz, vývojová bioložka, University of Cambridge
Po začlenění se buňky trofektodermu dále diferencují na syncytiotrofoblast – mnohojadernou hmotu, která proniká hlouběji do endometria a rozbíjí mateřské kapiláry. Krev z těchto cév vyplňuje prostory zvané lakuny a omývá embryonální tkáň. Toto je začátek placentárního oběhu. Syncytiotrofoblast také produkuje lidský choriový gonadotropin (hCG), hormon detekovaný těhotenskými testy. hCG signalizuje žlutému tělísku ve vaječníku, aby pokračovalo v produkci progesteronu, což brání menstruaci. Toto je první chemická konverzace mezi embryem a matkou.
Gastrulace: objevuje se tělesný plán
Kolem 14. dne projde hmota vnitřních buněk gastrulace – určující událost časné embryogeneze. Buňky migrují a organizují se do tří zárodečných vrstev:
- Ektoderm. Vnější vrstva. Vytvoří kůži, vlasy, nehty a celý nervový systém – mozek, míchu, nervy.
- Mezoderm. Střední vrstva. Buduje svaly, kosti, krev, ledviny, pohlavní žlázy a kardiovaskulární systém.
- Endoderm. Vnitřní vrstva. Stává se výstelkou střeva, plic, jater, slinivky břišní a štítné žlázy.
V této fázi se objeví struktura zvaná primitivní pruh – řada buněk, která definuje osu budoucího těla od hlavy k ocasu. Gastrulace je dokončena do konce třetího týdne. Embryo je nyní asi 2 milimetry dlouhé, ale již je uspořádáno podél základních os, které přetrvají po celý život.
Od embrya k plodu: organogeneze
Týdny 3 až 8 představují embryonální období, během kterého se tvoří každý orgánový systém. Toto je nejzranitelnější fáze vývoje. 22. den se trubice buněk začne skládat do srdce a začnou spontánní kontrakce. Do 28. dne se neurální trubice uzavře – předchůdce mozku a míchy. Selhání uzávěru způsobuje defekty neurální trubice, jako je rozštěp páteře, a proto je suplementace kyseliny listové kritická v prvních týdnech těhotenství, často ještě předtím, než člověk zjistí, že je těhotná.
Do 6. týdne se objeví pupeny končetin. V 8. týdnu jsou všechny hlavní orgány přítomny v rudimentární formě. Embryo je dlouhé asi 3 centimetry. Po 10. týdnu se termín mění z embrya na plod. Toto rozlišení znamená konec organogeneze. Zbytek těhotenství – zhruba 30 týdnů – je věnován růstu, zdokonalování funkce orgánů a hromadění tukové tkáně.
Časová osa prvních 28 dnů
Nejranější fáze lidského života jsou zřídkakdy diskutovány konkrétněji, přesto se řídí reprodukovatelnou sekvencí, kterou učebnice embryologie dokumentují po celá desetiletí. Níže uvedená časová osa shrnuje, co se děje od oplodnění po ustavení těhotenství:
- Den 0. Hnojení. Spermie se spojí s vajíčkem. Pronuclei form.
- Den 1. První výstřih. Zygota se dělí na dvě buňky.
- Den 3. Fáze Morula. 8–16 buněk. Začíná hutnění.
- Pátý den. Tvoří se blastocysty. Vnitřní buněčná hmota a trofektoderm jsou odlišné.
- Den 6–7. Zahájení líhnutí a implantace.
- Den 9–10. Implantace je dokončena. hCG vstupuje do krve matky.
- Den 14. Objeví se primitivní pruh. Gastrulation začíná.
- Den 21. Srdce začíná bít.
- Den 28. Nervová trubice se uzavře. Základní tělesný plán stanoven.
Touto sekvencí prošel každý živý člověk. Tento proces je prastarý, sdílený mezi savci pouze s malými odchylkami. Molekuly, které ji pohánějí – geny, které modelují tělesnou osu, proteiny, které řídí migraci buněk – jsou během evoluce vysoce konzervovány. Myší a lidské embryo vypadají během gastrulace téměř identicky, což odhaluje sdílené dědictví zapsané do genetického kódu.
Vývoj se nepřestává odhalovat. Každý rok přináší nová data z embryologických laboratoří a časosběrného zobrazování postupů in vitro fertilizace. Čím více pozorujeme, tím jasnější je, že počátek života není jedinou událostí, ale progresí – řadou pečlivě načasovaných rozhodnutí učiněných buňkami, které nemají mozek, žádný plán, pouze chemii a fyziku utvářenou miliardou let evoluce.