Menschliche Fortpflanzungszellen
Die Entstehung eines neuen Menschen umfasst viele komplexe Prozesse. Die wichtigsten „Bausteine“ sind menschliche Fortpflanzungszellen, sogenannte Gameten. Weibliche Gameten sind Eizellen, männliche Gameten sind Spermien.
Bei Säugetieren entsteht eine Zygote (oder befruchtete Zelle), wenn eine Eizelle der Mutter und ein Spermium des Vaters miteinander verschmelzen und ihr genetisches Material vereinigen. Nachdem sie sich sicher in die Gebärmutterschleimhaut eingenistet hat, wächst die menschliche Zygote im Laufe von neun Monaten zu einem vollständig entwickelten Baby heran.
Eierstöcke & Eizellen
Die Eierstöcke sind mandelförmige Organe, die Teil des weiblichen Fortpflanzungssystems sind. Jede Frau hat zwei Eierstöcke, die sich jeweils beidseits der Gebärmutter an den Enden der Eileiter befinden.
Die Eierstöcke produzieren die weiblichen Sexualhormone Progesteron und Östrogen. Diese Hormone steuern die Entwicklung sekundärer Geschlechtsmerkmale wie vergrößerte Brüste, breitere Hüften, Scham- und Achselbehaarung. Sie bestimmen den Ablauf des weiblichen Menstruationszyklus, den Eisprung und die Menstruation – von der Pubertät bis zur Menopause.
Die Eierstöcke enthalten zahlreiche Follikel, von denen jeder eine unreife Eizelle, also Oozyte, beherbergt (eine reife Eizelle wird als Ovum bezeichnet). Die meisten Zellen sind mit bloßem Auge nicht sichtbar. Eine Ausnahme bilden menschliche Eizellen, die mit durchschnittlich 100 Mikrometern Durchmesser etwa so breit wie ein Haar sind.
Eizellen bestehen aus:
- dem haploiden Zellkern, der jeweils eine Kopie jedes Chromosoms enthält
- den Mitochondrien, die Energie für Zellteilung und -replikation liefern und eigene mitochondriale DNA beinhalten
- Zytoplasma, eine dickflüssige Lösung, die hauptsächlich aus Wasser, Salz und Proteinen besteht
- der Zona pellucida, einer gallertartigen Schicht aus Glykoproteinen, die die Zellmembran umgibt und den Zellinhalt schützt
- kortikalen Granula, die nach der Befruchtung die Außenseite der Eizelle verhärten
Eizellen bestehen außerdem aus der Corona radiata, der äußersten Schicht der Eizelle, und dem ersten Polkörper, einer kleinen haploiden Zelle, die ein Nebenprodukt der Zellteilung ist.
Die Eizelle ist so gebaut, dass sie Polyspermie – also die Befruchtung einer Eizelle durch mehrere Spermien – verhindert. Eine Zygote soll zwei Chromosomensätze enthalten; sind es mehr, weil mehrere Spermien eindringen, ist die Zygote in der Regel nicht überlebensfähig.
Mit dem Älterwerden altern auch unsere Zellen, und die weibliche Eizelle ist hier keine Ausnahme. Auch wenn Frauen mit einer großen Anzahl an Eizellen geboren werden, nimmt deren Anzahl mit der Zeit ab. Mit 40 Jahren besitzt eine Frau nur noch etwa 3 % ihres ursprünglichen Vorrats. Die Zahl kann je nach Lebensstil schwanken – Rauchen zum Beispiel beschleunigt den Verlust an Eizellen.
Auch die Qualität der Eizellen nimmt mit dem Alter ab. Kurz vor dem Eisprung teilen sich Eizellen noch einmal. Ältere Eizellen machen dabei häufiger Fehler, was die Überlebensfähigkeit mindert und das Risiko von Entwicklungsstörungen erhöht.
Ein häufiger Irrglaube ist, dass bestimmte Hormonprozesse (wie hormonelle Verhütung oder eine Schwangerschaft) den natürlichen Abbau von Eizellen unterbrechen können. Das stimmt nicht. Hormone beeinflussen fast alle Vorgänge im Körper, doch dieser Prozess hängt vor allem von der Alterung der Mitochondrien ab.
Eizellen können gespendet werden. Die potenzielle Spenderin wird gründlich untersucht und bekommt, wenn sie gesund ist, Medikamente zur Follikelreifung. Nach acht bis vierzehn Tagen werden die Eizellen laparoskopisch entnommen und bis zur Verwendung aufbewahrt.
In vielen Ländern wird die Eizellspende hinsichtlich Gesundheit der Spenderin und ethischer Aspekte (zum Beispiel Entlohnung für die Spende) kontrovers diskutiert.
Eisprung
Während der Eisprungphase des Menstruationszyklus lässt einer der Eierstöcke einige Follikel heranreifen, von denen eine reife Eizelle – das Ovum – freigesetzt wird. Die restlichen reifen Follikel werden vom Körper resorbiert. Dies geschieht unabhängig davon, ob eine Frau sexuell aktiv ist oder nicht. Die Eizelle wird in Richtung Eileiter ausgestoßen und wandert anschließend zur Gebärmutter. Hier kann die Eizelle durch ein Spermium befruchtet werden (wenn ungeschützter Geschlechtsverkehr stattgefunden hat).
Nach dem Eisprung beginnt die freigesetzte Eizelle sehr schnell zu zerfallen und das sogenannte fruchtbare Fenster schließt sich. Wird sie befruchtet, wandert die Eizelle durch die Eileiter zur Gebärmutter, wo sie sich in der Schleimhaut einnistet und sich zum Embryo weiterentwickelt. Bleibt die Befruchtung aus, zerfällt die Eizelle und wird zusammen mit der Gebärmutterschleimhaut als Monatsblutung ausgeschieden.
Spermien sind im Vergleich zu Eizellen widerstandsfähiger und können im weiblichen Fortpflanzungstrakt bis zu fünf Tage überleben (außerhalb davon überleben sie selten). Ihr Überleben hängt von den richtigen Bedingungen ab, wie der Konsistenz des Zervixschleims. Der Zeitpunkt des Geschlechtsverkehrs im Verhältnis zum Eisprung ist entscheidend für eine geplante Schwangerschaft.
Hormonelle Verhütung wirkt, indem sie den Eisprung unterdrückt. Bleibt der Eisprung im regulären Zyklus aus, spricht man von einem anovulatorischen Zyklus. Solche Zyklen sind häufig und die meisten Frauen erleben sie irgendwann in ihrem Leben.
Die Entstehung von Zwillingen
Manche Frauen setzen pro Zyklus zwei Eizellen frei, was zur Entstehung von Zwillingen führen kann.
- Eineiige Zwillinge entstehen, wenn sich die befruchtete Eizelle in zwei Hälften teilt. Sie wachsen in der gleichen Fruchtblase (Amnionsack) auf und sind, anders als zweieiige Zwillinge, genetisch identisch. Die Entstehung eineiiger Zwillinge geschieht meist zufällig.
- Zweieiige Zwillinge entstehen, wenn zwei getrennte Eizellen durch zwei getrennte Spermien befruchtet werden. Sie sind nicht genetisch identisch und unterscheiden sich nicht mehr voneinander als andere Geschwister aus verschiedenen Schwangerschaften. Zweieiige Zwillinge treten gehäuft in einigen Familien auf.
- Mehrlingsgeburten können sowohl zweieiig als auch eineiig oder eine Kombination aus beiden sein. Mit Fruchtbarkeitsbehandlungen verbundene Mehrlingsgeburten sind meist zweieiig.
Für Wissenschaftlerinnen und biomedizinische Forscherinnen bieten Zwillinge die Möglichkeit, den Einfluss der Gene vom Einfluss der Umwelt – also das Wechselspiel zwischen Natur und Erziehung – zu unterscheiden. Weil eineiige Zwillinge aus der Teilung einer einzigen befruchteten Eizelle entstehen, teilen sie denselben genetischen Code. Unterschiede (z.B. wenn eine der Zwillingsschwestern jünger wirkende Haut hat) sollten infolge verschiedener Umwelteinflüsse (z.B. weniger Sonnenlicht) auftreten.
Wenn wir zudem die Erfahrungen eineiiger Zwillinge mit denen zweieiiger vergleichen, lässt sich feststellen, wie stark unsere Gene unser Leben beeinflussen.
Hoden & Spermien
Das Spermium ist die männliche Fortpflanzungszelle bzw. der Gamet.
Die Produktion von Samenflüssigkeit findet in den Hoden statt. Sie produzieren außerdem Testosteron, das für die Ausbildung männlicher sekundärer Geschlechtsmerkmale verantwortlich ist, beispielsweise Gesichts- und Brustbehaarung, männlicher Beckenbau (weniger runde Hüften), kräftiger Oberkörperbau und die Fähigkeit, Muskelmasse rascher als Frauen aufzubauen.
Spermatogenese nennt sich der Prozess, durch den Spermien entstehen. Dieser beginnt in den Samenkanälchen der Hoden. In diesen Kanälchen werden Spermien als Spermatozyten gebildet. Spermatozyten durchlaufen mehrere Teilungen, um die Zellen in Spermatiden umzuwandeln. Spermatiden sind junge Spermien, die weiter wachsen und reifen, bis sie zu Spermien werden (dieser Prozess dauert etwa 64 Tage).
Spermien bestehen aus drei klar unterscheidbaren Teilen:
- Der Kopf des Spermiums enthält den Zellkern mit dessen DNA. Über dem Kopf liegt die Akrosomkappe – darin befinden sich Enzyme, die dem Spermium helfen, die Zellmembran der Eizelle zu durchdringen.
- Das Mittelstück enthält energieerzeugende Mitochondrien, die dem Spermium die Bewegung ermöglichen.
- Der Schwanz (auch Geißel genannt) treibt das Spermium auf seinem Weg von der Vagina in den Eileiter an. Ein Spermium kann etwa 76 cm pro Stunde zurücklegen.
[quote] Im Gegensatz zu Frauen werden Männer nicht mit Fortpflanzungszellen geboren. Die Spermienproduktion setzt mit Beginn der Pubertät ein – ab etwa 12 Jahren produziert ein Mann täglich Millionen neuer Spermien. Im Schnitt produziert ein Mann rund 73 Millionen Spermien pro Milliliter Ejakulat.
Zwei Schlüsselfaktoren, die die Fruchtbarkeit eines Mannes beeinflussen, sind Spermienanzahl und Spermienbeweglichkeit.
Spermienanzahl bezeichnet die durchschnittliche Anzahl von Spermien in einer Probe Ejakulat. Ärztinnen bestimmen diesen Wert bei einer routinemäßigen Analyse.
Als gesund gilt eine Spermienanzahl von etwa 15 Millionen pro Milliliter oder insgesamt mindestens 39 Millionen pro Ejakulat. Weniger als 15 Millionen pro ml gelten als niedrig und können die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Testosteronspiegel beeinflussen Anzahl und Qualität der Spermien erheblich. Auch genetische Störungen, Infektionen und Tumoren können die Spermienanzahl beeinträchtigen.
Ein gesunder Lebensstil und manche natürliche Mittel können die Hormonproduktion unterstützen und so die Entwicklung und Anzahl der Spermien fördern.
Spermienbeweglichkeit bezeichnet die Fähigkeit der Spermien, sich effizient fortzubewegen. Sie müssen durch den weiblichen Fortpflanzungstrakt zur Eizelle gelangen und diese befruchten können. Eine geringe Beweglichkeit kann Ursache für männliche Unfruchtbarkeit sein.
Man unterscheidet zwei Bewegungsformen:
- Progressive Beweglichkeit meint das Schwimmen in relativ gerader Linie oder in großen Kreisen – ein Verhalten, das hilft, zur Eizelle zu kommen.
- Nicht-progressive Beweglichkeit bezieht sich auf Spermien, die sich nicht in einer Linie bewegen oder sehr enge Kreise schwimmen – ein Verhalten ohne Fortkommen.
Um den Zervixschleim zu durchdringen und eine Eizelle zu befruchten, brauchen Spermien eine progressive Beweglichkeit von mindestens 25 Mikrometern/Sekunde. Eine schlechte Beweglichkeit oder Asthenozoospermie liegt vor, wenn weniger als 32 % der Spermien ausreichend beweglich sind.
Die genauen Mechanismen, mit denen Spermien zur Eizelle gelangen und sie befruchten, werden weiterhin erforscht. Dabei scheint das Hormon Progesteron eine Rolle zu spielen. Wissenschaftlerinnen gehen davon aus, dass Spermien von Progesteronkonzentrationen angezogen werden, die von der Eizelle abgegeben werden und in ihrer Nähe besonders hoch sind.
Samenbank
Es ist möglich, Spermien für die künstliche Befruchtung durch intrauterine Insemination (IUI) oder In-vitro-Fertilisation (IVF) zu gewinnen.
Bei der IUI werden Spermien direkt in die Gebärmutter eingeführt, um die Befruchtung zu unterstützen; bei der IVF werden Spermien im Labor in die Eizelle eingebracht und lebensfähige Embryonen später in die Gebärmutter übertragen.
Für eine Samenprobe ejakuliert der Mann in einen sterilen Behälter. Anschließend wird die Probe entweder gleich für IUI oder IVF verwendet oder zur Lagerung eingefroren.
Auch Spermien können gespendet werden. Gespendete Spermien werden umfassend auf Infektionskrankheiten und genetische Erkrankungen untersucht.
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