A fogantatás nem egy pillanat. Ez egy olyan eseménysorozat, amely órákon és napokon keresztül bontakozik ki, és minden lépés a pontos molekuláris időzítéstől függ. A folyamat két sejttel – egy spermiummal és egy petesejttel – kezdődik, amelyek mindegyike az ember felépítéséhez szükséges genetikai anyag felét hordozza. Találkozásuk egy kaszkádot indít el, amely egyetlen megtermékenyített sejtet olyan struktúrává alakít át, amely egy héten belül elkezd beágyazódni a méh falába, és kémiai jeleket küld az anya szervezetébe.
A spermium útja: szelekció a megtermékenyítés előtt
Az ejakuláció során lerakódott 100-300 millió sperma közül csak néhány száz jut el a megtermékenyítés helyére a petevezeték ampullájában. A többit a hüvely savassága, a méhnyak nyálka és a női reproduktív traktusban járőröző immunsejtek eltávolítják. A méhnyak első szűrőként működik. A termékeny ablakon kívül a méhnyak nyálka sűrű hálót képez, amelyen a spermiumok nem tudnak áthatolni. Az ovuláció során az ösztrogén megváltoztatja a nyálka szerkezetét – vizes lesz, és mikroszkopikus csatornákba rendeződik, amelyek a spermiumokat felfelé vezetik.
A méhnyakon áthaladó spermiumok kapacitáción mennek keresztül, egy biokémiai folyamaton, amely leválasztja a fehérjéket és a koleszterint a spermiumfej membránjáról. A kapacitás feloldása körülbelül 6-8 órát vesz igénybe. Enélkül a spermium nem tud behatolni a tojás külső rétegeibe. A folyamat az akroszóma-reakcióhoz is beindítja a spermiumot – olyan enzimek felszabadulását, amelyek megemésztik a tojás védőbevonatát.
A tojás előkészítése: várakozó sejt
A tojás vagy a petesejtek a legnagyobb sejt az emberi testben – körülbelül 0,1 milliméter átmérőjű, szabad szemmel is látható. A meiózis II. metafázisában leállítják, a felfüggesztett osztódás állapotában, amelyet születése óta fenntart. A tojást két gát veszi körül: a cumulus oophorus, amely tápláló sejtek felhője, és a zona pellucida, egy kemény glikoprotein héj.
Ovulációkor a petevezeték fimbriái besodorják a tojást. A csövet bélelő csillók enyhe áramot hoznak létre, amely a tojást a méh felé mozgatja. A tojás körülbelül 12-24 óráig életképes. A megtermékenyítésnek ezen az ablakon belül kell megtörténnie.
Megtermékenyítés: az összeolvadás pillanata
Amikor a spermiumok elérik a petesejtet, először a kumuluszsejtekkel találkoznak. A sperma akroszómájából felszabaduló hialuronidáz enzimek feloldják a sejteket összetartó mátrixot. A spermiumok átnyomódnak, elérik a zona pellucidát. Az egyik spermium érintkezik. Az akroszómája teljesen felszakad, és enzimeket szabadít fel, amelyek utat hoznak létre a zonán keresztül. A spermiumfej összeolvad a tojáshártyával.
A Fusion két azonnali változást indít el. Először a tojás befejezi a II. meiózist, kromoszómái felét egy kis poláris testbe dobva. Másodszor, a tojás belsejében lévő kérgi szemcsék a membrán és a zona közötti térbe engedik ki tartalmukat. Ez megakadályozza további spermiumok bejutását - a zona reakciót. A polispermia vagy több spermium általi megtermékenyítés életképtelen embriót hoz létre rendellenes számú kromoszómával.
A tojás belsejében a spermium farka feloldódik. A spermium magja megduzzad. Mindkét mag – ma pronukleusznak nevezett – egymás felé vándorol. Membránjuk lebomlik. Az anyai és az apai kromoszómák keverednek. Ez a szingámia, a zigóta kialakulása. Az esemény körülbelül 18-24 órát vesz igénybe a spermium bejutása után. A sejt most 46 kromoszómát tartalmaz egy új, egyedülálló kombinációban. Félig az anyától, fele az apától. A genetikai terv elkészült.
Hasítás: az első osztályok
Körülbelül 24 órával a megtermékenyítés után a zigóta osztódik először. Ez a hasítás – sejtnövekedés nélküli mitózis. Az egy cellából kettő, majd négy, majd nyolc lesz. Minden egyes leánysejt, amelyet blasztomernek neveznek, kisebb, mint a szülő. Az embrió mérete ugyanaz, mint egy zigóta, még mindig a zona pellucida belsejében van.
A 8 sejtes szakaszban, a 3. nap körül kritikus változás következik be: tömörödés. A blastomerek egymáshoz simulnak, és szoros csomópontokat alkotnak. Az embrió morulává válik, latinul „eperfa”. A külső sejtek később alkotják a placentát. A belső sejtek a tulajdonképpeni embrióvá válnak. Ez az első differenciálódási esemény az emberi fejlődésben – az első döntés arról, hogy mely sejtek építik fel a testet, és melyek támogatják azt.
A blasztociszta: rendeltetésű szerkezet
Az 5. napon a folyadék elkezd felhalmozódni a morulában. A sejtek egy üreges golyóvá, úgynevezett blasztocisztává szerveződnek. Két sejtpopulációt tartalmaz:
- A trofektoderma. Egyetlen sejtréteg, amely a külső héjat alkotja. Ez a méhlepény és a magzati membránok kialakulását eredményezi.
- A belső sejttömeg. Az üreg egyik oldalához kapcsolódó sejtcsoport. Ezek pluripotens őssejtek, amelyek képesek bármilyen szövet kialakítására az emberi testben. Ők fogják létrehozni az embriót, és végül az egész szervezetet.
A zona pellucida elvékonyodik és megreped. A blasztociszta kikel. Most már szabadon kölcsönhatásba léphet az endometriummal, a méhnyálkahártyával, amelyet a progeszteron készít elő a luteális fázisban. A kikelés a 6. nap körül következik be. A beültetés 24-48 órán belül következik be.
Beültetés: az embrió beágyazza magát
A beültetés aktív, invazív folyamat. A blasztociszta nem úszik passzívan a méh falába. Trophektoderma sejtjei kiterjesztik a kiemelkedéseket, amelyek megragadják az endometrium felületét. Enzimeket választanak ki, amelyek feloldják az extracelluláris mátrixot, és befurakodnak a szövetbe. Az embrió szó szerint beásja magát. A 9. napon már teljesen beágyazódik az endometrium felszíne alá.
"Az emberi fejlődés első hét napja továbbra is az egyik legnehezebben tanulmányozható biológiai folyamat – nem azért, mert nem ismerhető, hanem azért, mert olyan helyen történik, ahová a kutatók nem tudnak könnyen hozzáférni anélkül, hogy megzavarnák azt, amit megfigyelni szeretnének." — Magdalena Zernicka-Goetz, fejlődésbiológus, Cambridge-i Egyetem
Miután beágyazódnak, a trofektoderma sejtek tovább differenciálódnak szincitiotrofoblaszttá – egy többmagvú tömeggé, amely mélyebben behatol az endometriumba, és eltöri az anyai hajszálereket. Ezekből az erekből származó vér kitölti a hézagoknak nevezett tereket, és megfürdeti az embrionális szövetet. Ez a placenta keringésének kezdete. A syncytiotrophoblast humán koriongonadotropint (hCG) is termel, a terhességi tesztek által kimutatott hormont. A hCG jelzi a petefészek sárgatestének, hogy folytassa a progeszteron termelését, megakadályozva a menstruációt. Ez az első kémiai beszélgetés az embrió és az anya között.
Gastroláció: megjelenik a testterv
A 14. nap körül a belső sejttömeg gasztruláción megy keresztül – ez a korai embriogenezis meghatározó eseménye. A sejtek vándorolnak és három csírarétegbe szerveződnek:
- Ektoderma. A külső réteg. Bőrt, hajat, körmöket és az egész idegrendszert – agyat, gerincvelőt, idegeket – alkotja.
- Mezoderm. A középső réteg. Építi az izmokat, a csontokat, a vért, a veséket, az ivarmirigyeket és a szív- és érrendszert.
- Endoderm. A belső réteg. A bél, a tüdő, a máj, a hasnyálmirigy és a pajzsmirigy nyálkahártyájává válik.
Ebben a szakaszban megjelenik egy primitív csíknak nevezett struktúra – egy sejtsor, amely meghatározza a leendő test fejtől farokig terjedő tengelyét. A gasztruláció a harmadik hét végére fejeződik be. Az embrió jelenleg körülbelül 2 milliméter hosszú, de már az alapvető tengelyek mentén szerveződik, amelyek egy életen át fennmaradnak.
Embriótól magzatig: organogenezis
A 3–8. hét jelenti az embrionális időszakot, amely alatt minden szervrendszer kialakul. Ez a fejlődés legsebezhetőbb szakasza. A 22. napon egy sejtcső elkezd a szívbe gyűrni, és spontán összehúzódások kezdődnek. A 28. napon az idegcső bezárul – az agy és a gerincvelő előfutára. A záródás elmulasztása idegcső-rendellenességeket, például spina bifidát okoz, ezért a folsavpótlás kritikus fontosságú a terhesség első heteiben, gyakran még azelőtt, hogy a személy észrevenné, hogy terhes.
A 6. héten megjelennek a végtagbimbók. A 8. hétre az összes fontosabb szerv kezdetleges formában van jelen. Az embrió körülbelül 3 centiméter hosszú. A 10. hét után a kifejezés embrióról magzatra változik. A megkülönböztetés az organogenezis végét jelzi. A terhesség hátralévő része – nagyjából 30 hét – a növekedésnek, a szervfunkciók finomításának és a zsírszövet felhalmozódásának van szentelve.
Az első 28 nap idővonala
Az emberi élet legkorábbi szakaszait ritkán tárgyalják konkrétan, mégis olyan reprodukálható sorrendet követnek, amelyet az embriológiai tankönyvek évtizedek óta dokumentáltak. Az alábbi ütemterv összefoglalja, mi történik a megtermékenyítéstől a terhesség kialakulásáig:
- 0. nap. Megtermékenyítés. A spermiumok összeolvadnak a tojással. Pronucleus form.
- 1. nap. Első hasítás. A zigóta két sejtre osztódik.
- 3. nap. Morula színpad. 8-16 sejt. Megkezdődik a tömörítés.
- 5. nap. Blastocysta formák. A belső sejttömeg és a trofektoderma különbözik egymástól.
- 6–7. nap. Megkezdődik a kikelés és a beültetés.
- 9–10. nap. A beültetés befejeződött. A hCG bejut az anyai vérbe.
- 14. nap. Primitív csík jelenik meg. Megkezdődik a gasztruláció.
- 21. nap. A szív dobogni kezd.
- 28. nap. Az idegcső bezárul. Alapvető testterv elkészült.
Minden élő ember átment ezen a sorozaton. A folyamat ősi, csak kisebb eltérésekkel oszlik meg az emlősök között. A mozgató molekulák – a test tengelyét mintázó gének, a sejtmigrációt irányító fehérjék – az evolúció során erősen konzerváltak. Egy egérembrió és egy emberi embrió közel azonosnak tűnik a gasztruláció során, felfedi a genetikai kódba írt közös örökséget.
A fejlesztés nem hagyja abba önmagát. Minden év új adatokat hoz az embriológiai laboratóriumokból és az in vitro megtermékenyítési eljárások time-lapse képalkotásából. Minél többet figyelünk, annál világosabbá válik, hogy az élet kezdete nem egyetlen esemény, hanem egy előrehaladás – gondosan időzített döntések sorozata, amelyeket olyan sejtek hoznak meg, amelyeknek nincs agyuk, nincs tervük, csak a kémia és a fizika, amelyet egy milliárd éves evolúció alakított.