Sự thụ thai không phải là một khoảnh khắc. Đó là một chuỗi các sự kiện diễn ra hàng giờ và hàng ngày, mỗi bước phụ thuộc vào thời gian phân tử chính xác. Quá trình này bắt đầu với hai tế bào – một tinh trùng và một quả trứng – mỗi tế bào mang một nửa vật liệu di truyền cần thiết để tạo nên một con người. Cuộc gặp gỡ của họ tạo ra một dòng thác biến đổi một tế bào được thụ tinh thành một cấu trúc mà trong vòng một tuần, bắt đầu bám vào thành tử cung và gửi tín hiệu hóa học đến cơ thể người mẹ.
Hành trình của tinh trùng: chọn lọc trước khi thụ tinh
Trong số 100 đến 300 triệu tinh trùng được tích tụ trong quá trình xuất tinh, chỉ có vài trăm tinh trùng đến được vị trí thụ tinh trong bóng của ống dẫn trứng. Phần còn lại được loại bỏ bởi độ axit âm đạo, chất nhầy cổ tử cung và các tế bào miễn dịch tuần tra đường sinh sản nữ. Cổ tử cung đóng vai trò là bộ lọc đầu tiên. Bên ngoài cửa sổ màu mỡ, chất nhầy cổ tử cung tạo thành một tấm lưới dày đặc khiến tinh trùng không thể xuyên qua. Trong quá trình rụng trứng, estrogen làm thay đổi cấu trúc chất nhầy – nó trở nên lỏng và sắp xếp thành các kênh cực nhỏ dẫn tinh trùng đi lên.
Tinh trùng đi qua cổ tử cung sẽ trải qua quá trình hoạt hóa, một quá trình sinh hóa giúp loại bỏ protein và cholesterol khỏi màng đầu tinh trùng. Điện dung mất khoảng 6 đến 8 giờ. Không có nó, tinh trùng không thể xâm nhập vào lớp bên ngoài của trứng. Quá trình này cũng giúp tinh trùng tham gia phản ứng acrosome – giải phóng các enzym tiêu hóa lớp vỏ bảo vệ của trứng.
Sự chuẩn bị của quả trứng: một tế bào đang chờ đợi
Trứng hay tế bào trứng là tế bào lớn nhất trong cơ thể con người — có đường kính khoảng 0,1 mm, chỉ có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Nó bị dừng lại ở kỳ giữa II của giảm phân, một trạng thái tạm dừng phân chia mà nó đã duy trì từ trước khi sinh ra. Trứng được bao quanh bởi hai rào cản: Cumulus oophorus, một đám mây tế bào nuôi dưỡng và zona pellucida, một lớp vỏ glycoprotein cứng.
Khi rụng trứng, các sợi của ống dẫn trứng cuốn trứng vào bên trong. Lông mao lót ống tạo ra dòng điện nhẹ nhàng di chuyển trứng về phía tử cung. Trứng có thể sống được khoảng 12 đến 24 giờ. Quá trình thụ tinh phải diễn ra trong cửa sổ này.
Sự thụ tinh: thời điểm hợp nhất
Khi tinh trùng gặp trứng, chúng sẽ gặp tế bào Cumulus trước tiên. Enzym Hyaluronidase được giải phóng từ thể nang tinh trùng hòa tan chất nền giữ các tế bào này lại với nhau. Tinh trùng đẩy qua, chạm tới vùng trong suốt. Một tinh trùng tiếp xúc. acrosome của nó vỡ hoàn toàn, giải phóng các enzyme tạo ra một con đường xuyên qua zona. Đầu tinh trùng kết hợp với màng trứng.
Sự kết hợp gây ra hai thay đổi ngay lập tức. Đầu tiên, trứng hoàn thành quá trình phân bào II, loại bỏ một nửa nhiễm sắc thể của nó thành một thể cực nhỏ. Thứ hai, các hạt vỏ bên trong trứng giải phóng nội dung của chúng vào khoảng trống giữa màng và zona. Điều này ngăn chặn tinh trùng bổ sung xâm nhập - phản ứng zona. Polyspermy, hoặc sự thụ tinh bởi nhiều tinh trùng, tạo ra phôi không thể sống được với số lượng nhiễm sắc thể bất thường.
Bên trong trứng, đuôi tinh trùng tan ra. Nhân tinh trùng sưng lên. Cả hai hạt nhân - bây giờ được gọi là tiền nhân - di chuyển về phía nhau. Màng của chúng bị phá vỡ. Nhiễm sắc thể của mẹ và của bố trộn lẫn với nhau. Đây là sự kết hợp, sự hình thành hợp tử. Quá trình này diễn ra khoảng 18 đến 24 giờ sau khi tinh trùng xâm nhập. Tế bào hiện chứa 46 nhiễm sắc thể trong một sự kết hợp mới, độc đáo. Một nửa từ mẹ, một nửa từ cha. Bản thiết kế di truyền đã được thiết lập.
Sự phân chia: sự phân chia đầu tiên
Khoảng 24 giờ sau khi thụ tinh, hợp tử sẽ phân chia lần đầu tiên. Đây là sự phân tách - nguyên phân mà không có sự phát triển của tế bào. Một ô trở thành hai, rồi bốn, rồi tám. Mỗi tế bào con, được gọi là phôi bào, nhỏ hơn tế bào mẹ. Phôi vẫn giữ nguyên kích thước tổng thể như khi còn là hợp tử, vẫn được bao bọc trong màng trong suốt.
Ở giai đoạn 8 tế bào, vào khoảng ngày thứ 3, một thay đổi quan trọng xảy ra: sự nén chặt. Các phôi bào dẹt sát vào nhau và tạo thành các mối nối chặt chẽ. Phôi trở thành dâu tằm, tiếng Latin có nghĩa là "dâu tằm". Các tế bào ở bên ngoài sau này sẽ hình thành nên nhau thai. Các tế bào bên trong sẽ trở thành phôi thai. Đây là sự kiện biệt hóa đầu tiên trong quá trình phát triển của con người — quyết định đầu tiên về việc tế bào nào sẽ xây dựng cơ thể và tế bào nào sẽ hỗ trợ cơ thể.
Phôi nang: một cấu trúc có mục đích
Đến ngày thứ 5, chất lỏng bắt đầu tích tụ bên trong phôi dâu. Các tế bào tổ chức thành một quả bóng rỗng gọi là phôi nang. Nó chứa hai quần thể tế bào:
- Thân nuôi dưỡng. Một lớp tế bào duy nhất tạo thành lớp vỏ bên ngoài. Nó sẽ hình thành nhau thai và màng bào thai.
- Khối tế bào bên trong. Một cụm tế bào gắn vào một bên của khoang. Đây là những tế bào gốc đa năng có khả năng hình thành bất kỳ mô nào trong cơ thể con người. Chúng sẽ tạo ra phôi và cuối cùng là toàn bộ sinh vật.
Vàng trong suốt mỏng đi và vỡ ra. Các phôi nang nở. Bây giờ nó có thể tự do tương tác trực tiếp với nội mạc tử cung, niêm mạc tử cung được chuẩn bị bởi progesterone trong giai đoạn hoàng thể. Quá trình nở xảy ra vào khoảng ngày thứ 6. Quá trình cấy ghép diễn ra trong vòng 24 đến 48 giờ.
Cấy phôi: phôi tự bám vào
Cấy ghép là một quá trình tích cực và xâm lấn. Túi phôi không trôi thụ động vào thành tử cung. Các tế bào nuôi dưỡng của nó mở rộng các phần lồi ra để bám vào bề mặt nội mạc tử cung. Chúng tiết ra các enzyme hòa tan chất nền ngoại bào, xâm nhập vào mô. Phôi thực sự tự đào sâu vào trong. Đến ngày thứ 9, nó được nhúng hoàn toàn bên dưới bề mặt nội mạc tử cung.
"Bảy ngày đầu tiên trong quá trình phát triển của con người vẫn là một trong những quá trình sinh học khó nghiên cứu nhất - không phải vì nó không thể biết được mà vì nó diễn ra ở một nơi mà các nhà nghiên cứu không thể dễ dàng tiếp cận mà không làm gián đoạn chính điều họ muốn quan sát." — Magdalena Zernicka-Goetz, nhà sinh học phát triển, Đại học Cambridge
Sau khi được gắn vào, các tế bào lá nuôi dưỡng sẽ biệt hóa sâu hơn thành nguyên bào dưỡng hợp bào — một khối đa nhân xâm lấn sâu hơn vào nội mạc tử cung và phá vỡ các mao mạch của mẹ. Máu từ các mạch này lấp đầy các khoảng trống gọi là lỗ khuyết, tắm rửa mô phôi. Đây là sự khởi đầu của tuần hoàn nhau thai. Nguyên bào dưỡng hợp bào cũng tạo ra gonadotropin màng đệm ở người (hCG), loại hormone được phát hiện bằng xét nghiệm mang thai. hCG báo hiệu hoàng thể trong buồng trứng tiếp tục sản xuất progesterone, ngăn ngừa kinh nguyệt. Đây là cuộc trò chuyện hóa học đầu tiên giữa phôi và mẹ.
Gastrulation: kế hoạch cơ thể xuất hiện
Vào khoảng ngày thứ 14, khối tế bào bên trong trải qua quá trình hình thành dạ dày - sự kiện quyết định quá trình tạo phôi sớm. Tế bào di chuyển và tổ chức thành ba lớp mầm:
- Ectoderm. Lớp ngoài. Nó sẽ hình thành nên da, tóc, móng và toàn bộ hệ thần kinh - não, tủy sống, dây thần kinh.
- Trung bì. Lớp giữa. Nó xây dựng cơ, xương, máu, thận, tuyến sinh dục và hệ tim mạch.
- Nội bì. Lớp bên trong. Nó trở thành lớp lót của ruột, phổi, gan, tuyến tụy và tuyến giáp.
Ở giai đoạn này, một cấu trúc được gọi là vệt nguyên thủy xuất hiện — một dòng tế bào xác định trục từ đầu đến đuôi của cơ thể tương lai. Quá trình tạo dạ dày hoàn thành vào cuối tuần thứ ba. Phôi bây giờ dài khoảng 2 mm nhưng đã được tổ chức dọc theo các trục cơ bản sẽ tồn tại suốt đời.
Từ phôi đến bào thai: hình thành cơ quan
Tuần 3 đến 8 là giai đoạn phôi thai, trong đó mọi hệ thống cơ quan được hình thành. Đây là giai đoạn phát triển dễ bị tổn thương nhất. Đến ngày thứ 22, một ống tế bào bắt đầu gấp lại thành tim và các cơn co thắt tự phát bắt đầu. Đến ngày thứ 28, ống thần kinh đóng lại – tiền thân của não và tủy sống. Việc đóng kín không thành công sẽ gây ra các khuyết tật ống thần kinh như tật nứt đốt sống, đó là lý do tại sao việc bổ sung axit folic là rất quan trọng trong những tuần đầu tiên của thai kỳ, thường là trước khi một người biết mình có thai.
Đến tuần thứ 6, chồi chi xuất hiện. Đến tuần thứ 8, tất cả các cơ quan chính đều có mặt ở dạng thô sơ. Phôi dài khoảng 3 cm. Sau tuần thứ 10, thuật ngữ thay đổi từ phôi thai sang thai nhi. Sự khác biệt đánh dấu sự kết thúc của sự hình thành cơ quan. Thời gian còn lại của thai kỳ - khoảng 30 tuần - được dành cho sự tăng trưởng, hoàn thiện chức năng của các cơ quan và tích tụ mô mỡ.
Dòng thời gian của 28 ngày đầu tiên
Các giai đoạn đầu tiên của cuộc đời con người hiếm khi được thảo luận bằng những thuật ngữ cụ thể, nhưng chúng tuân theo một trình tự có thể tái tạo mà các sách giáo khoa về phôi học đã ghi lại trong nhiều thập kỷ. Dòng thời gian dưới đây tóm tắt những gì xảy ra từ quá trình thụ tinh đến khi hình thành thai kỳ:
- Ngày 0. Bón phân. Tinh trùng kết hợp với trứng. Dạng đại từ.
- Ngày 1. Lần phân tách đầu tiên. Hợp tử phân chia thành hai tế bào.
- Ngày thứ 3. Giai đoạn Morula. 8–16 tế bào. Quá trình nén bắt đầu.
- Ngày thứ 5. Hình thành phôi nang. Khối tế bào bên trong và lớp tế bào nuôi dưỡng là khác biệt.
- Ngày 6–7. Quá trình ấp và cấy bắt đầu.
- Ngày 9–10. Quá trình cấy ghép hoàn tất. hCG đi vào máu mẹ.
- Ngày 14. Vệt nguyên thủy xuất hiện. Bắt đầu có dạ dày.
- Ngày 21. Tim bắt đầu đập.
- Ngày 28. Ống thần kinh đóng lại. Đã thiết lập kế hoạch cơ thể cơ bản.
Mọi người còn sống đều đã trải qua trình tự này. Quá trình này có từ xa xưa, được chia sẻ ở các loài động vật có vú với chỉ những biến thể nhỏ. Các phân tử điều khiển nó - các gen tạo nên trục cơ thể, các protein hướng dẫn sự di chuyển của tế bào - được bảo tồn cao trong quá trình tiến hóa. Phôi chuột và phôi người trông gần giống nhau trong quá trình hình thành dạ dày, tiết lộ di sản chung được ghi vào mã di truyền.
Sự phát triển không ngừng bộc lộ bản thân. Mỗi năm đều mang đến những dữ liệu mới từ các phòng thí nghiệm phôi học và hình ảnh rút ngắn thời gian của các quy trình thụ tinh trong ống nghiệm. Càng quan sát, chúng ta càng thấy rõ rằng sự khởi đầu của sự sống không phải là một sự kiện đơn lẻ mà là một quá trình tiến triển - một chuỗi các quyết định được tính toán cẩn thận theo thời gian được thực hiện bởi các tế bào không có não, không có bản thiết kế, chỉ có hóa học và vật lý được định hình bởi một tỷ năm tiến hóa.