איך מבטיחים שרק
תא זרע אחד יפרה ביצית?

מתוך מאות מיליוני תאי הזרע ששוחים יחד אל עבר הביצית, רק אחד זוכה להפרות אותה. ברגע שתא הזרע המנצח חודר לביצית, הביצית אוטמת את עצמה ומונעת מאחרים להיכנס. איך היא עושה את זה?

תא הזרע מורכב משני חלקים: ראש, שמכיל את המטען הגנטי, וזנב שאחראי על השחייה. בחזית הראש של תא הזרע יש אנזימים – חלבונים שתפקידם לעורר תהליכים כימיים – שמסוגלים לפרק את מעטפת הביצית. גם בתוך תא הביצית יש מאגרים של אנזימים דומים שמחכים להגעתו של הזרע.

הביצית עטופה ברשת מסועפת של חלבונים שמגינה עליה מנזקים, כמו ריפוד צמר גפן. תפקיד נוסף של רשת החלבונים הזאת הוא לעזור לתאי הזרע להתחבר לביצית: הם נכנסים לתוך הסבך הדביק ומתחברים אליו. תא הזרע הראשון שיצליח לעבור את הסבך ויגיע לקרום של הביצית עצמה ינצח בתחרות ויפרה אותה.

בשלב הזה תאי הזרע נמצאים קרוב מאוד לביצית. הבעיה היא שאותה רשת סבוכה ודביקה שתופסת ומחזיקה אותם בקרבת הביצית, היא גם זו שמעכבת אותם מלהגיע לקרום הביצית ולחדור לתוכה. הזרע משתמש באנזימים שלו כדי לפרק את הרשת ולפלס לעצמו דרך. במקביל, הביצית עצמה משחררת חומרים כימיים שמפרקים את הרשת העוטפת אותה. כך הזרעים הקרובים לקרום הביצית יכולים להתקרב עוד יותר, ואילו תאי הזרע שעוד לא נתפסו ברשת כבר לא יוכלו להתחבר אליה.

הבעיה היא, שהאנזימים שמפרקים את רשת החלבונים עובדים לאט יחסית, וחולפות כמה שניות עד שהפירוק מסתיים. במקביל מגיעים לקרום הביצית תאי זרע נוספים כמעט באותו זמן. איך בכל זאת נמנעת כניסתם של תאי זרע מהירים אחרים?

בפועל הביצית הרבה הרבה הרבה יותר גדולה מתא הזרע. תרשים כללי של המבנה של שני תאי הרבייה | איור: ducu59us, Shutterstock

הביצית החשמלית

אצל קיפודי ים, וחיות ים רבות אחרות, מופעל עם יצירת החיבור הראשוני בין הזרע לביצית תהליך חשמלי מהיר שחוסם את דרכם של תאי זרע אחרים לביצית עד שהאנזימים יסיימו את התהליך הכימי האיטי יותר של פירוק רשת החלבונים.

בהתחלה הביצית טעונה במטען חשמלי חיובי, ותאי הזרע טעונים במטען חשמלי שלילי. מטענים חשמליים מנוגדים נמשכים זה לזה, והביצית מושכת אליה את תאי הזרע. ברגע שתא הזרע מתחבר לחלבוני הביצית מופעל תהליך מהיר שבו הביצית סופגת לתוכה יונים – חלקיקים טעונים – של נתרן, בעלי מטען חיובי. כשיוני הנתרן החיוביים נכנסים לביצית, הסביבה החיצונית שלה הופכת שלילית יותר, וכך נוצרת דחייה חשמלית בין הביצית לבין תאי הזרע הבאים, שמטענם שלילי.

השינוי הזה נוצר תוך פחות משלוש שניות, וגם חוזר למצב המקורי שלו יחסית מהר – לכן מינים רבים משתמשים במקביל גם בתהליך האיטי של פירוק רשת החלבונים המסועפת על ידי אנזימים, כדי שגם בטווח הארוך לא יכנסו זרעים נוספים לביצית. 

ברגע שתא זרע אחד מתחבר לביצית, אין עוד כניסה לתאי זרע אחרים. רגע ההפריה | איור: MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRARY

ביציות של יונקים

גם אצל יונקים, בהם בני אדם יש תהליך נוסף שמסייע במניעת כניסתם של תאי זרע אחרים לביצית. הוא לא ידוע במלואו אצל בני אדם, אבל הוא נחקר בעכברים.

כל אחד מהתאים בגוף שלנו מוקף בממברנה שמנונית, שנקראת קרום התא, היא זו שמגדירה את התא ושומרת על התוכן שלו. התהליך שמסייע במניעת כניסתם של זרעים נוספים לביצית הוא חסימת הקרום שלה: כדי שתא זרע יוכל להיכנס אל תוך הביצית, הוא צריך להיצמד לקולטן, חלבון ייחודי שיכול להתחיל את תהליך כניסתו לתא. על פני הזרע יש חלבונים שמתאימים לקולטנים האלה, כמו מפתח למנעול. ברגע שתא הזרע הראשון נקשר לאחד הקולטנים על פני הביצית, שאר הקולטנים נעלמים במהירות מפני השטח שלה, ותאי זרע אחרים לא יכולים להיכנס לתוכה. מחקר שנעשה בעכברים זיהה את החלבונים המעורבים בתהליך, והחוקרים העניקו לקולטן את השם יונו (Juno) שמה של אלת הנישואין, האימהוּת והלידה במיתולוגיה הרומית. 

החוקרים מצאו כי הגנים שמקודדים לקולטן של הביצית ולחלבון של הזרע שנקשר אליו קיימים גם אצל כל חיות הכיס והיונקים, לרבות בני אדם. כלומר, נראה שהתהליך הנוסף שמונע כניסה של זרעים נוספים לביצית זהה אצל כל היונקים, וגם אצל בני אדם חסימת הקרום של הביצית מתבצעת על ידי העלמת הקולטנים מפני השטח שלה. 

אצל ארנבות התהליך של חסימת הקרום יעיל מאוד, ולכן הן לא צריכות כמעט לפרק את רשת החלבונים הסבוכה. אצל כלבים וכבשים המצב הפוך: חסימת הקרום לא יעילה במיוחד, ומניעת הכניסה של זרעים נוספים לביצית מתבצעת כמעט כולה על ידי פירוק רשת החלבונים. בני אדם, וגם עכברים, חולדות, חתולים, חזירים ופרות, משתמשים כנראה בשני התהליכים: גם חסימת הקרום וגם פירוק רשת החלבונים, כדי להבטיח שרק זרע אחד ויחיד יפרה את הביצית.

לכל קבוצת בעלי חיים יש שיטה מעט אחרת, אבל בכולם מנסים להשיג את אותה מטרה: זרע אחד שיפרה ביצית אחת. תאי זרע וביצית | איור: K.K.T Madhusanka, Shutterstock

חיבור ומיזוג

לאחר שהזרע המנצח מביס את כל השאר ונקשר לחלבונים שעל פני השטח של הביצית, קרומי התאים שלהם נוגעים זה בזה, ומתחברים. השומנים שמרכיבים את קרום התא של הביצית מתחברים לאלה של קרום התא של הזרע, ותכולת תא הזרע, בעיקר המטען הגנטי, חודרת אל תוך תא הביצית, ומתרחשת הפריה. כל אחד מהתאים, הביצית והזרע, מכיל עותק יחיד של ה-DNA. בהפריה נוצר תא מאוחד עם שני עותקים, כמו רוב תאי הגוף, והוא יכול להתחיל לייצר עותקים נוספים של החומר הגנטי, להתחלק ולהתרבות. 

אם בכל זאת אירעה תקלה, ושני תאי זרע מצליחים להיכנס לביצית, בדרך כלל נוצרת בעיה בשלב חלוקת התאים, בגלל החלוקה הלא שוויונית של החומר הגנטי, והתפתחות העובר נפסקת. במקרים נדירים יכולים להיווצר תאומים חצי-זהים, תופעה שדווחה רק פעמיים עד היום, בפעם הראשונה ב-2007 ושוב ב-2019. במצב כזה, התאומים חולקים DNA זהה מצד האם, שסיפקה ביצית אחת, ודומים רק בחלק מה-DNA של האב, שסיפק שני זרעים – אחד לכל תאום.