11.4 تولیدمثل جنسی

مفاهیم

  • اسپرم­زایی[1] و گامت­زایی[2] هر دو شامل میتوز، رشد سلول، میوز و تمایز هستند.
  • فرآیندهای اسپرم‌زایی و گامت‌زایی منجر به تشکیل گامت­ها با مقادیر مختلف سیتوپلاسم می‌شود.
  • لقاح شامل مكانيسم‌هايي است كه از پلي‌اسپرمي[3] جلوگيري مي‌كند.
  • لقاح در حیوانات می‌تواند داخلی یا خارجی باشد.
  • لانه گزینیِ[4] بلاستوسیست[5] در غشای داخلی رحم(آندومتر[6]) برای ادامه بارداری ضروری است.
  • هورمون گنادوتروپین جفتی انسان(hCG)تخمدان را برای ترشح پروژسترون در اوایل بارداری تحریک می‌کند.
  • جفت تبادل مواد بین مادر و جنین را تسهیل می‌کند.
  • استروژن و پروژسترون پس از تشکیل جفت توسط آن ترشح می‌شوند.
  • تولد به واسطه بازخورد مثبت استروژن و اکسی‌توسین ایجاد می‌شود.

کاربرد در علم

  • متوسط بارداری 38 هفته‌ای در انسان را می‌توان روی نموداری قرارداد که همبستگی بین اندازه حیوان و رشد بچه در بدو تولد را برای سایر پستانداران نشان می‌دهد.

مهارت‌آموزی

  • تفسیر ساختار لوله‌های اسپرم‌ساز و تخمدان برای نشان دادن مراحل گامتوژنز.
  • تفسیر ساختار اسپرم و تخمک بالغ برای نشان‌دادن عملکرد.

ماهیت علم

  • ارزیابی خطرات و مزایای مرتبط با تحقیقات علمی: قبل از اینکه استروئیدهای مربوط به پروژسترون و استروژن که در نتیجه استفاده از قرص­های ضد بارداری زنانه در محیط آزاد می­شوند، خطرات مربوط به ناباروری مردان به اندازه کافی ارزیابی نشد.

 

 

شباهت‌های تخمک‌زایی و اسپرم‌زایی

اسپرم­زایی و تخمک­زایی هر دو شامل میتوز، رشد سلول، میوز و تمایز هستند.

تخمک‌زایی تولید سلول‌های تخمک در تخمدان است. تخمک‌زایی از تخمدان‌های ماده در دوران جنینی شروع می‌شود. سلول‌های جنینی در تخمدان جنین توسط میتوز تقسیم می‌شوند، سلول‌های تشکیل‌شده حرکت می‌کنند تا در قشر تخمدان توزیع­شوند. وقتی جنین چهار یا پنج ماهه شود، این سلول‌ها رشد کرده و تقسیم میوز خود را آغاز می­کنند. تا ماه هفتم، این­ سلول­ها هنوز در بخش اول میوز قرار دارند و یک لایه سلولی به نام سلول‌های فولیکولی[7] در اطراف آن‌ها تشکیل شده‌است. تا بعد از بلوغ هیچ مرحله نموی دیگری اتفاق نمی‌افتد. سلولی که تقسیم میوز1 خود را انجام داده است و  توسط سلول‌های فولیکول اطراف، احاطه شده است فولیکول اولیه[8] نامیده می‌شود. هنگام تولد حدود چهارصد هزار فولیکول اولیه در تخمدان وجود دارد. در این مرحله، دیگر هیچ فولیکول اولیه‌ای تولید نمی‌شود، اما در آغاز هر چرخه قاعدگی[9] یک دسته کوچک از فولیکول­های اولیه، توسط هورمون FSH تولید شده از هیپوفیز تحریک می‌شود تا پرورش یابد. معمولاً فقط یکی از آن‌ها به فولیکول بالغ تبدیل می‌شود که شامل یک تخمک ثانویه[10] است.

 

شکل شماره 40. ریزنگار بخشی از بافت تخمدان.، فولیکول اولیه (سمت چپ) و فولیکول بالغ (مرکز) را نشان می­دهد. فولیکول­های اولیه شامل یک تخمک مرکزی (سلول زایای ماده ، تخمک) است که توسط یک لایه سلول فولیکولی احاطه شده است. فولیکول تخمدان بالغ دارای سلول‌های فولیکولی بیشتر، سلول‌ها و حفره­های فولیکول خارجی و داخلی است و تخمک اکنون در مقایسه با مراحل اولیه کاملاً رشد کرده است.

 

اسپرم‌زایی فرآیند تولید اسپرم است. اسپرم‌زایی در بیضه‌ها صورت می­گیرد اندامی که حاوی انبوهی از لوله‌های باریک به نام لوله‌های اسپرم‌ساز[11] است و گروه‌های کوچکی از سلول‌ها که شکاف بین لوله­ها را پر می‌کنند. به این شکاف‌ها،فضای بینابینی گفته‌می‌شود وسلول‌های موجود در آن‌ها سلول‌های‌بینابینی[12] هستنداین سلول­ها اغلب به عنوان سلول‌های لیدیگ[13] نیز نامیده می‌شوند. ساختار لوله‌های اسپرم‌ساز نیزحاوی انواعی از سلول­هاست، به لایه بیرونی سلول‌ها اپیتلیوم جنینی[14] گفته می‌شود. روند تولید اسپرم از اپیتلیوم جنینی آغاز می‌شود. سلول‌ها در مراحل مختلف تولید اسپرم در داخل اپیتلیوم جنینی دیده‌می‌شوند.

شکل شماره 41. میکروگراف الکترونی روبشی رنگی (SEM) از بافت تخمدان، دو فولیکول ثانویه را نشان می­دهد. یک تخمک ثانویه (صورتی) در مرکز یک فولیکول دیده می‌شود. فولیکول­ها توسط دو نوع سلول فولیکولی احاطه شده­اند (آبی و سبز رنگی). بین سلول­های فولیکول فضایی ایجاد می‌شود (در مرکز سمت راست ، قهوه ای رنگی) که مایع فولیکولی در آن ترشح می‌شود.  با بالغ شدن فولیکول، مقدار مایع به میزان قابل توجهی افزایش می­یابد.

در مراحل بلوغ، نزدیک‌ترین قسمت به مرکز پر از مایع در لوله اسپرم ساز است. سلول‌هایی که دارای دم توسعه‌یافته‌ هستند، اسپرماتوزوئید[15] نامیده‌ می‌شوند، اگرچه اسپرماتوزوئید تقریباً همیشه به اختصار اسپرم نامیده‌می‌شوند. همچنین در دیواره لوله‌ها سلول‌های‌پرستار[16] بزرگی وجود‌ دارد که سلول‌های‌سرتولی[17] نامیده می‌شوند. شکل شماره 3 ناحیه کوچکی از بافت بیضه را نشان می‌دهد که در آن ساختارهای توضیح داده شده در بالا دیده می‌شود.

 

 

شکل شماره 42. برش عرضی از میان لوله اسپرم ساز


ساختار لوله منی
ساز و تخمدان

 

شکل شماره 4


 تفسیر  ساختار لوله‌های اسپرم‌ساز و تخمدان برای نشان دادن مراحل گامتوژنز.

شکل شماره 5


ساختار اسپرم و تخمک

تفسیر ساختار اسپرم و تخمک بالغ برای نشان‌دادن عملکرد.

 

 

شکل شماره 6: ساختار گامت ماده

 

شکل شماره 7: ساختار گامت نر


طرح سوال مبتنی بر داده:
اندازه اسپرم

دم اسپرم‌ها به ترتیب دارای 9 + 2 میکروتوبول در مرکز خود هستند که در اطراف آن‌ها فیبرهای پروتئینی ضخیم تری وجود دارد. جدول شماره 1 ساختار دم اسپرم هشت حیوان را در برش عرضی، با طول دم و سطح مقطع فیبرهای پروتئینی نشان می‌دهد.

  • دیاگرام طول دم و سطح مقطع فیببرهای پروتئینی را در هشت گونه حیوان رسم کنید.(4)
  • رابطه بین طول دم و سطح مقطع فیبرهای پروتئینی را مشخص کنید.(2)
  • دلایل این ارتباط را توضیح دهید.(2)
  • در مورد این‌که آیا بین اندازه یک حیوان و اندازه اسپرم آن رابطه وجود دارد، بحث کنید.(2)

جدول شماره 1

  همسترچینی موش آزمایشگاهی(رت) خوکچه هندی همستر گاو نر موش انسان توتیای دریایی
سطح مقطع غلاف‌های رشته‌ای/ µm2 0.22 0.16 0.13 0.11 0.08 0.04 0.02 0
طول اسپرم/ µm 258 187 107 187 54 123 58 45
شکل شماره 8. ریزنگار تخمک اولیه را به دو سلول تقسیم می‌کند، معروف به تخمک ثانویه (سبز) و اولین قطب بدن (زرد)

تفاوت‌  در نتیجه اسپرم‌زایی و گامت‌زایی

فرآیندهای اسپرم‌زایی و گامت‌زایی منجر به تشکیل گامت­ها با مقادیر مختلف سیتوپلاسم می‌شود.

در حالی‌که شباهت‌هایی بین اسپرم‌زایی و گامت‌زایی وجود دارد اما تفاوت‌هایی نیز وجود دارد که برای آماده‌سازی گامت‌ها برای نقش‌های مختلف آن‌ها ضروری است. هر اسپرم بالغ از یک هسته هاپلوئید، یک سیستم برای حرکت و یک سیستم آنزیمی و پروتئین‌های دیگری تشکیل شده‌است که اسپرم را قادر به ورود به تخمک می‌کند. هر تقسیم میوز کامل منجر به تشکیل چهار اسپرماتید می‌شود. در روند تمایزِ اسپرم، بیشترِ حجم سیتوپلاسم از بین می‌رود‌، در حالی‌که تخمک باید حجم سیتوپلاسم خود را افزایش‌دهد. تمام شرایط لازم برای شروع رشد و نمو جنین اولیه باید در تخم وجود داشته‌باشد. در زنان، اولین تقسیم میوز یک سلول بزرگ و یک سلول بسیارکوچک تولید می‌کند (شکل شماره 8). سلول کوچک اولین جسم قطبی[18] است که در نهایت ازبین ‌می‌رود. سلول بزرگ به بخش دوم میوز می‌رود و پس از لقاح آن را کامل می‌کند. دوباره یک سلول بزرگ و یک سلول بسیارکوچک تولید می‌شود. سلول کوچک دومین جسم قطبی است و از بین‌ می‌رود و می‌میرد. فقط سلول بزرگ که همان گامت ماده است زنده‌ می­ماند. نتیجه این است که تخمک بسیاربزرگ‌تر از سلول اسپرم است. شکل شماره 6 و 7 تفاوت­های ساختاری این دو گامت را نشان می‌دهد. توجه داشته‌باشید که میله‌های مقیاس، نشان‌می‌دهد که اسپرم و تخمک در مقیاس مختلف کشیده شده­اند و تخمک بسیار بزرگ‌تر از اسپرم است.

روند تشکیل تخمک یکبار در هر‌ چرخه قاعدگی در انسان اتفاق‌می‌افتد و معمولاً فقط یک سلول تخمک در هر‌چرخه تولید می‌شود. در طول سال‌های بلوغ تا یائسگی، فقط چند صد گامت ماده ممکن است تولید شود.

از بلوغ به بعد، بیضه‌ها به طور مداوم اسپرم تولید می‌کنند. در هر زمان، میلیون‌ها اسپرم در تمام مراحل رشد وجود ‌دارد.

 

 

شکل شماره 9. ریزنگار تخمک که توسط اسپرم احاطه شده است

 

 

جلوگیری از پلی‌اسپرمی

 لقاح شامل مكانيسم‌هايي است كه از پلي‌اسپرمي جلوگيري مي‌كند.

لقاح به القاحِ اسپرم و تخمک برای تشکیل یک زیگوت[19] گفته‌می‌شود.

غشای اسپرم‌ها گیرنده‌هایی دارد که می‌تواند مواد شیمیایی آزاد‌شده توسط تخمک را تشخیص‌دهد و اجازه شنای جهت‌دار به سمت تخمک را بدهد. شکل شماره 9 نشان‌می‌دهد که چندین اسپرم به تخمک می‌رسند. ‌ پس از رسیدن به تخمک، تعدادی اتفاق رخ‌می‌دهد (شکل شماره 10 را ببینید). این اتفاقات به گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که منجر به پیوند یک اسپرم واحد با تخمک شود. این اتفاقات همچنین برای جلوگیری از ورود اسپرم‌های متعدد، معروف به پلی‌اسپرم، طراحی‌شده‌اند.

  • واکنش آکروزوم

زوناپلوسیدا[20]، نوعی غشای گلیکوپروتئینی است که تخمک را احاطه کرده‌است. آکروزوم یک کیسه بزرگ متصل به غشا، در سر اسپرم است. در پستانداران، اسپرم به زوناپلوسیدا متصل می‌شود و محتوای آکروزوم آزاد‌ می‌شود و آنزیم‌های حاصل از آن، زوناپلوسیدا را هضم می‌کنند.

  • نفوذ به غشای تخم

واکنش آکروزومی ناحیه‌ای از غشا را در سر اسپرم در معرض دید قرار‌می‌دهد که دارای پروتئین‌هایی است که می‌توانند به غشای تخمک متصل شوند. بنابراین اولین اسپرم‌هایی که از میان زوناپلوسیدا عبور می‌کنند، متصل می‌شوند و غشاهای اسپرم و تخمک به هم متصل می‌شوند. هسته اسپرم وارد سلول تخمک می‌شود. در این لحظه لقاح[21] رخ ‌می‌دهد.

  • واکنش قشری

اسپرم نه تنها ژن‌های مردانه را به‌همراه ‌دارد، بلکه باعث فعال‌شدن تخمک نیز می‌شود. اولین اثر این روی گرانول‌های قشری است –وزیکول‌هایی که در نزدیکی غشای تخمک قرار‌دارند. هزاران عدد از این وزیکول‌ها وجود دارد و هنگامی‌که تخمک فعال شود، محتویات آن‌ها از تخم خارج می‌شود. در پستانداران، آنزیم‌های وزیکول قشری منجر به هضم پروتئین‌های اتصالی می‌شود به‌طوری‌که اسپرم دیگری قادر به اتصال نیست. آنزیم‌ها همچنین منجر به سخت شدن زوناپلوسیدا  می‌شوند.

لقاح داخلی و خارجی

لقاح در حیوانات می‌تواند داخلی یا خارجی باشد.

حیوانات آبزی غالباً طی فرآیندی گامت‌های خود را مستقیماً در آب رها می‌کنند که منجر به لقاح، خارج از بدن ماده می‌شود. چنین حیواناتی غالباً رفتاری دارند که تخمک‌ها را در نزدیکی اسپرم قرار می‌دهد (شکل شماره 11 را ببینید). لقاح خارجی خطرات مختلفی از جمله شکار و حساسیت به تغییرات محیطی مانند نوسانات دما و pH و اخیراً آلودگی دارد.

شکل شماره 11. جفت سیکلیدهای Anomalochromis thomasi. جانور ماده (پایین) در نزدیکی سنگ در حال تخمگذاری است.

حیوانات خشکی تابع لقاح داخلی هستند. وگرنه، گامت‌ها در معرض خشک شدن قرار می‌گیرند. پستانداران دریایی که دوباره به زیستگاه‌های آبی برگشته­اند هنوز از لقاح داخلی استفاده می‌کنند. هنگامی‌که تخمک‌ها بارور شدند، می‌توان از جنین در حال رشد در داخل بدن ماده محافظت کرد.

 

شکل شماره 12. بلاستوسیت

لانه‌گزینیِ بلاستوسیت

لانه گزینیِ بلاستوسیست در غشای داخلی رحم(آندومتر) برای ادامه بارداری ضروری است.

بعد از لقاح در انسان، تخمک بارورشده توسط میتوز تقسیم شده و دو هسته دیپلوئید تشکیل می‌دهد و سیتوپلاسم سلول تخمک بارور‌شده به همان اندازه تقسیم می‌شود و یک جنین دو سلولی ایجاد می‌شود. این دو سلول DNA خود را تکثیر‌کرده و میتوز را انجام می‌دهند و دوباره تقسیم می‌شوند و یک جنین چهار سلولی ایجاد می‌کنند. در این مرحله عمر جنین حدود 48 ساعت است. تقسیمات بعدی سلولی اتفاق می‌افتد، اما برخی از تقسیمات نامساوی است و همچنین مهاجرت سلولی‌ وجود دارد، و به جنین شکل یک توپ توخالی می‌بخشد که به آن بلاستوسیست گفته‌می‌شود(شکل شماره 12). در 7 روزگی، بلاستوسیست که از 125 سلول تشکیل شده‌است، به رحم می­رسد. بلاستوسیت توسط مژک‌های سلول‌های دیواره لوله فالوپ به پایین لوله فالوپ منتقل می­شود. در این سن زوناپلوسیدا که جنین را محاصره و محافظت می‌کرد، تخریب می‌شود. بلاستوسیست تا این مرحله از ذخایر سلول تخمک استفاده‌ می­کند و بعد از آن به تأمین مواد غذایی خارجی نیز نیاز دارد. این امر با فرو رفتن در آندومتر یا پوشش رحم در فرآیندی به نام لانه‌گزینی به‌دست‌می‌آید (شکل شماره 13). لایه خارجیِ بلاستوسیست با ایجاد برآمدگی‌های انگشت‌مانند امکان نفوذ بلاستوسیست به پوشش رحم را فراهم می‌کند. آن‌ها همچنین مواد را با خون مادر مبادله می‌کنند، از جمله جذب مواد غذایی و اکسیژن. جنین به سرعت رشد و نمو می‌کند و در هشت هفته شروع به تشکیل بافت استخوانی می‌کند. در این مرحله به عنوان یک رویان به جای جنین در نظر گرفته می‌شود. این رویان به عنوان انسان شناخته می­شود و به زودی مشخص می­شود  که زن است یا مرد.

شکل شماره 13. کاشت یا لانه گزینی بلاستوسیت
شکل شماره 14. رشد و تمایز جنین اولیه

نقش هورمون hCG در اوایل بارداری

هورمون گنادوتروپین جفتی انسان(hCG)تخمدان را برای ترشح پروژسترون در اوایل بارداری تحریک می‌کند.
بارداری به حفظ آندومتر و تولید مداوم پروژسترون و استروژن بستگی دارد. تا حدی این هورمون‌ها از تخریب پوشش رحم جلوگیری می‌کنند که برای حمایت از جنین در حال رشد ضروری است. در اوایل بارداری، هورمون گنادوتروپینن جفتی انسان(hCG[22]) تولید می‌شود. این هورمون باعث تحریک جسم زرد[23] در تخمدان برای ادامه ترشح پروژسترون و استروژن می‌شود. این هورمون‌ها رشد مداوم دیواره رحم را تحریک می‌کنند، که هرآنچه برای جنین لازم است تأمین می‌کند. 

 

تبادل مواد از طریق جفت

جفت تبادل مواد بین مادر و جنین را تسهیل می‌کند.

شکل شماره 15


انسان یک پستاندار جفت‌دار است. دو گروه دیگر از پستانداران وجود دارد: تک‌سوراخیان(مونوتریم‌ها)[24] که تخم‌گذاری می‌کنند و کیسه‌داران[25] که فرزندان به نسبت تمایز(تکامل) نیافته‌ای را به دنیا می­آورند که درون کیسه رشد می‌کنند. جنین انسان جفت نسبتاً پیچیده­ای ایجاد کرده که می‌تواند جنین را برای ماه های طولانی در رحم تغذیه و محافظت کند. سطح بدن به نسبت حجم، با بزرگتر شدن جنین کوچکتر می‌شود بنابراین برای تبادل مواد جفت نیاز است. جفت از بافت‌های رویانی ساخته‌شده‌است و ارتباط نزدیکی با بافت‌های دیواره رحم مادر دارد. جنین همچنین پرده‌ای را ایجاد می‌کند که کیسه آمنیوتیک[26] را تشکیل می­دهد و حاوی مایع آمنیوتیک است، که از جنین در حال رشد حمایت و محافظت می‌کند. واحد اصلی عملکرد جفت، قطعه‌ای انگشت‌مانند از بافت جنین است که پرزهای‌جفتی[27] نامیده می‌شود. این پرز‌ها در دوران بارداری در‌مقابل افزایش تقاضای جنین برای تبادل مواد با مادر افزایش می‌یابد. خون مادر در فضای بین پرزی در اطراف پرزها در جریان است. این یک نوع گردش خون بسیار غیرمعمول است؛ زیرا در جاهای دیگر تقریباً خون همیشه محصور در رگ‌های خونی است. خون جنین در مویرگ‌های خونی نزدیک به سطح هر پرز به گردش درمی‌آید. بنابراین فاصله بین خون جنین و مادر بسیارکم است – در حد 5 میکرومتر. سلول‌هایی که خون مادر و جنین را جدا نگه می­دارند سد جفتی[28] را تشکیل می‌دهند. سد جفتی، نفوذپذیری انتخابی دارد و به برخی از مواد اجازه عبور می‌دهد (شکل شماره 16).

شکل شماره 16. فرایند تبادل در جفت

آزادسازی هورمون به‌وسیله جفت

استروژن و پروژسترون پس از تشکیل جفت توسط آن ترشح می‌شوند.

تقریباً در هفته نهم بارداری، جفت شروع به ترشح استروژن و پروژسترون برای ادامه حاملگی می‌کند و دیگر نیازی به جسم زرد برای این نقش نیست. در صورت عدم موفقیت در این مرحله، احتمال سقط در این مرحله از بارداری وجود دارد.

طرح سوال مبتنی بر داده: ریزنگار الکترونی از جفت

شکل شماره 17 ناحیه کوچکی را در لبه پرز جفت نشان می دهد. بزرگ­نمایی 17000 برابر است.

  • 1- الف) ساختارهایی را که در قسمت بالایی میکروگراف قابل مشاهده‌ هستند تشخیص دهید.(1)
  • ب) عملکرد این ساختارها را توضیح دهید.(3)

2) در بیشتر نواحی ریزنگار الکترونی ساختارهای گردی وجود دارد که توسط یک پرده احاطه شده‌اند. این­ ساختارها، بخش‌هایی از شبکه آندوپلاسمی صاف  است که عملکرد آن شامل سنتز لیپیدها، از جمله استروئیدها است. عملکردی برای شبکه اندوپلاسمی صاف در جفت پیشنهاد کنید.(3)

3) ساختارِ قسمت پایین سمت چپ ریزنگار را شناسایی کنید.(3)

شکل شماره 17.منطقه ای کوچک در لبه پرزهای جفتی

 

ارزیابی خطرات ناشی از آلودگی استروژن

ارزیابی خطرات و مزایای مرتبط با تحقیقات علمی: قبل از اینکه استروئیدهای مربوط به پروژسترون و استروژن در نتیجه استفاده از قرص­های ضد بارداری زنانه در محیط آزاد شوند، خطرات مربوط به ناباروری مردان به اندازه کافی ارزیابی نشد.

مقدار زیادی استروژن در زنان باردار وجود دارد که مانع از ترشح FSH می‌شود. اگر زنان، قرص‌های حاوی استروژن مصرف کنند، این امر باعث تقلید از شرایط بارداری و جلوگیری از رشد فولیکول‌های بالغ می‌شود و از این طریق از بارداری جلوگیری می‌کند. اتینیل استرادیول[29] نوعی استروژن مصنوعی است که اولین بار به عنوان پیشگیری از بارداری در سال 1943 معرفی شد. در آن زمان، تعداد اندکی تصور می­کردند که اگر تعداد زیادی از زنان، از این روش پیشگیری استفاده کنند، ممکن‌است سطح استروژن موجود در آب از طریق فاضلاب افزایش یابد. تنها در اواسط دهه 1980 بود که اولین گزارشات مربوط به افزایش هورمون‌های قرص ضد بارداری موجود در آب گزارش شد. از آن زمان، تعدادی از مشکلات به آلودگی استروژن نسبت داده‌شد.

در سال 1992، یک مقاله مروری که 61 مطالعه مختلف را خلاصه می‌کرد، نتیجه گرفت که تعداد اسپرم‌های مردان در طول 50 سال گذشته 50٪ کاهش‌یافته‌است.

در یکی از بزرگترین مطالعات مربوط ‌به این مسئله، آژانس محیط زیست دولت انگلستان در سال 2004 دریافت که 86٪ از ماهیان نر نمونه‌برداری شده در 51 مکان در سراسر کشور دوجنسه[30] بودند، یعنی ماهی­های نر علائم “زنانه بودن” را نشان می‌دهند. با این حال، توافق علمی محدودی وجود دارد که آلودگی با استروئیدهای مربوط به استروژن و پروژسترون عامل ایجاد کننده کاهش باروری در مردان است.

در سال 2012 کمیسیون اروپا[31] سیاستی را پیشنهاد ‌داد تا غلظت یکی از داروهای پرمصرف در پیشگیری از بارداری را در آب محدود کند. این امر باعث ایجاد لابی شدید توسط صنایع آب و داروسازی شده‌است، که می‌گوید این علم قطعی نیست و هزینه‌های آن بسیارزیاد است.

به‌روزرسانی فناوری تصفیه فاضلاب می‌تواند بیشتر آلودگی‌ها را از ‌بین ‌ببرد. محققان و کارشناسان سیاسی پیشنهاد می‌کنند که هزینه‌ها بین همه طرف‌های مسئول، از جمله صنایع آب و صنایع داروسازی تقسیم شود و هزینه‌ای نیز به مردم منتقل شود. این داروها به‌طور گسترده در دام‌ها استفاده می‌شود، بنابراین جلوگیری از ادرار حیوانات در مجاورت رودخانه می‌تواند میزان نشت داروها را در آب‌های سطحی بیشتر کاهش‌دهد.

 

طرح سوال مبتنی بر داده: آلودگی استروژن

رودخانه‌ها از نظر مقدار استروژن مصنوعی (E2) یافت‌شده متفاوت هستند. مطالعه‌ای برای بررسی رابطه بین غلظت استروژن مصنوعی در آب و تأثیر آن بر ماهیان نر از تیره روتیلوس[32] (روچ[33]) انجام شد (شکل شماره 18 را ببینید).

  • بین استروژن مصنوعی (E2) و ظاهر اووسیت در بیضه‌ها چه تفاوتی وجود دارد؟(1)
  • میانگین درصد ماهیان نر دارای اووسیت در بیضه‌های آن‌ها را در غلظت استروژن بیشتر از 10 نانوگرم در لیتر تعیین کنید.(2)


 

شکل شماره18

 

 

 

 

 

نقش هورمون‌ها در زایمان

تولد به واسطه بازخورد مثبت استروژن و اکسی‌توسین ایجاد می‌شود.

در دوران بارداری، پروژسترون از ترشح اکسی‌توسین توسط غده هیپوفیز و همچنین از انقباضات دیواره خارجی عضلانی رحم – میومتریم[34] نیز جلوگیری می‌کند. در پایان بارداری، هورمون‌های تولیدشده توسط جنین به جفت، سیگنال می‌دهند تا ترشح پروژسترون را متوقف کنند و بنابراین اکسی‌توسین ترشح می‌شود.

اکسی‌توسین باعث تحریک انقباض فیبرهای عضلانی در میومتر می‌شود. این انقباضات توسط گیرنده‌های کششی شناسایی می‌شوند، که به غده هیپوفیز سیگنال می‌دهند تا ترشح اکسی‌توسین را افزایش دهد. افزایش اکسی‌توسین باعث انقباضات مکرر و شدیدتر می‌شود و باعث ترشح بیشتر اکسی‌توسین می‌شود. این یک نمونه از سیستم بازخورد مثبت است – یک سیستم کنترل بسیار غیر معمول در فیزیولوژی انسان. در این حالت این مزیت وجود دارد که باعث افزایش تدریجی انقباضات میومتر می‌شود و اجازه می‌دهد کودک با حداقل شدت انقباض متولد شود.


شل شدن فیبرهای عضلانی در دهانه رحم باعث گشاد شدن آن می‌شود. سپس انقباض رحم کیسه آب[35] را ترکانده و مایع آمنیوتیک از بین‌ می‌رود. انقباضات بعدی رحم، معمولاً طی چند ساعت، سرانجام کودک را از طریق دهانه رحم و واژن خارج می‌کند. بند ناف[36] قطع می‌شود و کودک اولین نفس را می‌کشد و به استقلال فیزیولوژیکی از مادر خود می‌رسد.

 

شکل شماره 19. مراحل زایمان

طرح سوال مبتنی بر داده: سطح هورمون­ها در دوران بارداری

شکل شماره20

الف. تغییرات مربوط به دوره بارداری را در مقادیر نسبی و منشأ شرح دهید:در نمودار (شکل شماره 20)، ضخامت فلش­ها مقادیر نسبی را نشان می‌دهد.

ب. hCG [2]

ج. استروژن[2]

د. پروژسترون[2]

2) دلایل کاهش غلظت hCG را پس از ماه دوم بارداری مطرح کنید.[2]

3) عواقب ناتوانی در ترشح استروژن و پروژسترون از جفت در دوران بارداری را پیش‌بینی‌کنید.[2]

 

 

زمان حاملگی، حجم و رشد و استراتژی‌های رشد

متوسط بارداری 38 هفته‌ای در انسان را می‌توان روی نموداری قرارداد که همبستگی بین اندازه حیوان و رشد بچه در بدو تولد را برای سایر پستانداران نشان می‌دهد.

پستانداران از نظر استراتژی‌های رشد و نمو تفاوت دارند. در حیواناتی که فرزندان زودرس[37] دارند، فرزندان نسبتاً درمانده‌ هستند و کاملاً رشد نکرده‌اند. نوزادان تازه متولد‌شده آن‌ها نسبتاً بی‌حرکت و فاقد مو هستند و به تنهایی قادر به تهیه غذا نیستند. در انتهای مخالف این طیف، نوزاد پرندگان  قرار دارند که چشمان باز، دارای مو و متحرک هستند و تا حدی قادر به دفاع از خود در برابر شکارچیان هستند.

پستانداران با اندازه بدن بزرگ احتمالاً زودرس هستند که با یک دوره بارداری طولانی ارتباط دارد.

 

 

طرح سوال مبتنی بر داده: طول حاملگی و حجم بدن

شکل شماره 21 رابطه بین دوره بارداری و حجم بدن را برای 429 گونه پستاندار جفت‌دار نشان می­دهد. که آن­ها را به دو گروه زودرس(altricial) یا دیر رس(precocial)  تقسیم می‌کند.

  • نقاط متراکم و پراکنده معرف دو استراتژی مختلف رشد و نمو هستند. از کدام دایره­ها برای نشان‌دادن پستانداران زودرس استفاده می‌شود؟[2]
  • رابطه بین حجم بدن بزرگسالان و دوره حاملگی را مشخص کنید.[1]
  • رابطه بین حجم بدن و طول حاملگی را توضیح دهید.[3]

شکل شماره 21
شکل شماره 23. بچه­های فیل پس از 22 ماه حاملگی متولد می­شوند و حدود سه سال شیر می­خورند. آن­ها در گروه دیررس طبقه بندی می­شوند. فیل آفریقایی بزرگترین و سنگین ترین حیوان زمینی است که تا امروز زنده مانده است.

میانگین طول حاملگی 283 روز است. میانگین حجم بدن انسان بالغ 65 کیلوگرم است

    1. محل تقریبی انسان روی نمودار را تعیین کنید.[1]
    2. چرا انسان در این نمودار به عنوان داده پرت در نظر گرفته می­شود؟[3]

 

شکل شماره 22. موش­های آزمایشگاهی زودرس هستند. آن­ها حدود 19 روز دوره بارداری دارند.


خودآزمایی

شکل شماره 24، pH سطح پوست انسان در مناطق مختلف بدن را نشان می­دهد که در هر منطقه متفاوت است. همچنین تفاوت بین بزرگسالان و نوزادان تازه متولد شده نیز نشان داده شده است. pH پوست از پوست در برابر میکروارگانیسم‌های خاص محافظت می‌کند.

شکل شماره24. چگونه pH سطح پوست انسان بین مناطق مختلف بدن متفاوت است

الف) pH پوست نوزادان و بزرگسالان را مقایسه کنید. [2]
ب) نحوه ایجاد pH پوست بزرگسالان را توضیح دهید. [1]

ج) چرا ممکن است استفاده از صابون‌ها (قلیا) تأثیر تحریک کنندگی بیشتری روی پوست نوزاد داشته‌باشند؟ توضیح دهید. [2]

د) چگونه صابون­های قلیایی عملکرد دفاعی پوست را تضعیف می‌کنند؟ [2]

شکل شماره 25. توانایی یک گوساله  در جذب آنتی بادی‌ها
  • شکل شماره 25 توانایی یک گاو در جذب آنتی‌بادی پس از تولد را نشان می‌دهد.

الف) چگونه توانایی جذب یک آنتی‌بادی در یک گاو در ساعات اولیه پس از تولد تغییر می‌کند؟ [2]

ب) دلایلی را برای گوساله‌هایی که زایمان طولانی و دشواری را متحمل شده‌اند مطرح کنید و بگویید چرا احتمال بیشتری دارد که از عفونت رنج ببرند. [2]

ج) چرا غلظت آنتی‌بادی‌ها در آغوز گاو در 24 ساعت اول پس از تولد متفاوت است؟[2]

د) سه هفته قبل از تولد، دلایل واکسیناسیون گوسفندان در برابر بیماری عفونی کلیه پالپی و سایر بیماری‌های تهدید کننده حیات را تحلیل کنید. [2]

ه) کدام روش انتقال از طریق غشاها برای جذب آنتی بادی در معده پستانداران تازه متولد شده استفاده می‌شود؟[2]

  • غلظت قند خون در یک فرد مبتلا به دیابت درمان نشده اغلب به 500-300 میلی‌گرم در هر 100 میلی‌لیتر خون می‌رسد. حتی می‌تواند به غلظت­های بالاتر از 1000 میلی‌گرم در 100 میلی‌لیتر نیز برسد. وقتی سطح قند خون از 225 میلی‌گرم در 100 میلی لیتر بالا رفت، گلوکز در ادرار ظاهر می‌شود. حجم ادرار تولید شده بیشتر از حد طبیعی است و باعث کمبود آب بدن و تشنگی فرد می‌شود.

الف) چگونه گلوکز از فیلترهای گلومرولی افرادی که دیابت ندارند، بازجذب می‌شود؟ [3]

ب) چرا گلوکز از فیلترهای گلومرولی بیماران دیابتی بازجذب نمی‌شود؟ [4]

ج) چرا افراد مبتلا به دیابت حجم زیادی ادرار دفع می‌کنند و اغلب احساس تشنگی می‌کنند؟[3]

  • اگر میزان استفاده از عضلات افزایش یابد، عضلات از نظر حجم نیز افزایش می‌یابند. آزمایشی برای بررسی تأثیر پرواز بر حجم عضلانی سارهای اروپایی (Sturnus vulgaris) انجام شد. پرندگان مورد مطالعه به‌طور تصادفی در سه گروه قرار گرفتند. در طی 6 هفته، هر گروه 34 دوره مطالعه 1 ساعته را تجربه کردند. به گروه تمرين آموزش ‌داده ‌شد كه با دريافت جوايز غذايي به مدت 1 ساعت پرواز كند. گروه کنترل1، مجاز به تغذیه آزادانه بود اما در قفس‌هایی قرار گرفته بودند که از پرواز آن­ها جلوگیری می‌کرد. گروه کنترل2، همزمان با گروه تمرین، جوایز غذایی یکسانی دریافت می‌کرد اما در قفس‌هایی نگهداری می­شدند که از پرواز جلوگیری می‌کردند. حجم بدن قبل و در طول آزمایش پایش شد (شکل شماره 26 را ببینید). در پایان آزمایش، میانگین حجم عضلات سینه‌ای پرندگان مقایسه شد (شکل شماره 26).
شکل شماره 26. نتیجه ورزش بر روی حجم بدن وحجم عضلانی سارها

 

ب) این ادعا را ارزیابی‌کنید که جلوگیری از ورزش باعث افزایش حجم عضلانی سینه می‌شود. [3]الف) تغییرات حجم بدن را در گروه کنترل 2 و گروه تمرین مقایسه کنید. [2]

ج) چگونه می‌توان حجم عضله سینه‌ای پرندگان را تعیین کرد؟ [2]

د) یک فرضیه که ممکن‌است در این آزمایش مطرح شود این است که کاهش حرکت در پرندگان ممکن‌است منجر به افزایش حجم عضلانی بیشتر در هر پرنده شود. از این واقعیت علمی ممکن است در پرورش طیور استفاده شود. تولید بیشتر گوشت در هر پرنده در نتیجه حرکت پرندگان ایجاد می‌شود. در مورد اخلاق طراحی و انجام آزمایشات برای آزمایش این فرضیه بحث کنید[3].

[1] Spermatogenesis

[2] oogenesis

[3] polyspermy

[4] Implantation

[5] blastocyst

[6] endometrium

[7] follicle cells

[8] primary follicle

[9] menstrual cycle

[10] secondary oocyte

[11] seminiferous tubules

[12] interstitial cells

[13] Leydig cells

[14] germinal epithelium

[15] spermatozoa

[16] nurse cells

[17] Sertoli cells

[18] polar body

[19] zygote

[20] zona pellucida

[21] fertilization

[22] human chorionic gonadotropin

[23] corpus luteum

[24] monotremes

[25] marsupials

[26] amniotic

[27] placental villus

[28] placental barrier

[29] Ethinyl estradiol

[30] intersex

[31] European Commission

[32] Rutilus

[33] roach

[34] myometrium

[35] amniotic sac

[36] umbilical cord

[37] Altricial

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید