Fecondazione

fecondazione

L'incontro dello spermatozoo e dell'uovo crea un nuovo organismo

La fecondazione consiste nella fusione di due cellule, maschile e femminile, specializzate per la riproduzione: i gameti. Quando si uniscono, i gameti maschile e femminile condividono il rispettivo patrimonio genetico e attivano i processi di sviluppo e crescita del nuovo individuo. Gli animali acquatici utilizzano per lo più la fecondazione esterna, mentre quelli terrestri, per esempio i Mammiferi, si riproducono attraverso la fecondazione interna

Un rito fondante: la riproduzione sessuale

Due rospi allacciati, sul margine di uno stagno in primavera, stanno compiendo un rito biologico essenziale per la continuità della specie. Sono un maschio e una femmina in accoppiamento, che presto lasceranno nelle acque basse una catena di uova fecondate. Perché questo avvenga, il maschio e la femmina possiedono cellule speciali, chiamate gameti. I gameti del maschio sono cellule lunghe e sottili, dotate di una testa che contiene il nucleo, capaci di muoversi attivamente: sono gli spermatozoi. I gameti della femmina sono grandi cellule sedentarie, le uova, avvolte da rivestimenti, gli involucri.

La maturazione dei gameti è spesso piuttosto lunga e richiede non solo che questi si specializzino, ma che riorganizzino l'informazione genetica da trasferire alla nuova generazione. I gameti vanno così incontro a un particolare tipo di divisione cellulare, chiamata meiosi, nel corso delle quale si mescolano i geni di origine materna e paterna e si riducono i cromosomi ‒ presenti nelle cellule in doppia copia (diploide 2n) a una singola copia (aploide n) (ereditarietà). Nelle cellule di ciascuno di noi, per fare un esempio, ci sono 46 cromosomi, mentre in ogni spermatozoo o uovo ne rimangono 23. Fra questi, saranno ripartiti anche i cromosomi che controllano il sesso. Nel maschio dei Mammiferi i cromosomi sessuali sono X e Y e quindi gli spermatozoi maturi contengono X (50%) oppure Y (50%). I cromosomi sessuali femminili sono due X e quindi tutte le uova hanno una X. In questo modo, quando uovo e spermatozoo metteranno in comune le loro informazioni ereditarie verrà ristabilita la doppia copia di ciascun cromosoma e si determinerà il sesso del nuovo organismo.

La riproduzione è una faccenda complicata

Per gli esseri viventi non basta produrre i gameti maturi e sperare che abbiano i geni buoni. Gli organismi devono poter distribuire i loro preziosi gameti e avere elevate possibilità di riproduzione. Devono cioè trovare l'anima gemella del sesso opposto, spesso corteggiarla e poi accoppiarsi. In varie specie animali, a questo segue la costruzione del nido, la cura delle uova e della prole (corteggiamento e cure parentali), e così via.

In ogni caso, quando i gameti sono maturi, affinché la fecondazione abbia luogo, devono incontrarsi. Questo evento cambia molto a seconda che la fecondazione sia nell'ambiente esterno (fecondazione esterna), oppure avvenga nelle vie genitali femminili dopo un accoppiamento (fecondazione interna).

Un modello di studio: il riccio di mare

Molte delle conoscenze sulla fecondazione nascono dallo studio di un organismo assai comune in tutti i mari: il riccio. Esistono infatti forti somiglianze nei processi cellulari della fecondazione fra organismi diversi (Mammiferi e uomo inclusi). Il riccio di mare offre parecchi vantaggi perché si riproduce attraverso fecondazione esterna e con un enorme numero di gameti. Si possono così vedere e manipolare facilmente sotto il microscopio le interazioni 'fini' fra uovo e spermatozoo.

I milioni di spermatozoi emessi dal maschio, in prossimità delle uova si orienteranno 'a naso', seguendo segnali chimici che permettono loro di riconoscere dov'è l'uovo, e che li fanno 'nuotare' verso una determinata direzione. Giunti a contatto con gli involucri dell'uovo, gli spermatozoi subiscono un importante cambiamento, la cosiddetta reazione acrosomiale. Essi portano infatti nella regione della testa (dove è localizzato il nucleo) una vescicola, l'acrosoma, che contiene particolari proteine capaci di sciogliere gli involucri dell'uovo. Grazie a questi enzimi che vengono rilasciati all'esterno, gli spermatozoi si comportano in pratica come minutissimi trapani e sono così in grado di penetrare in profondità, verso la membrana vera e propria dell'uovo. Durante la reazione acrosomiale vengono anche portate sulla superficie dello spermatozoo alcune sostanze che lo faranno aderire all'uovo. A sua volta, l'uovo possiede molecole che riconoscono specificamente le sostanze adesive dello spermatozoo della stessa specie. Si evita così che gli spermatozoi di una specie fecondino uova di un'altra specie!

In questa gara sono tanti gli spermatozoi che concorrono, ma solo il primo riesce a entrare, iniettando nell'uovo il suo nucleo. A quel punto l'uovo risponde in vari modi e la reazione più vistosa è la liberazione dei cosiddetti granuli corticali. Nelle zone superficiali dell'uovo sono presenti numerosi granuli, che a fecondazione avvenuta si fondono con la membrana dell'uovo, vuotando il loro contenuto all'esterno e rendendo impossibile l'accesso ad altri spermatozoi.

La fecondazione interna

Nel caso di un organismo a fecondazione interna (per esempio la specie umana), durante l'atto sessuale alcune centinaia di milioni di spermatozoi sono immessi nella parte posteriore della vagina e di qui risalgono 'contro corrente' lungo le vie genitali ‒ ossia l'utero e le tube, canalini che collegano l'utero all'ovaio ‒, dove l'uovo è in attesa. Segnali chimici orientano probabilmente il movimento degli spermatozoi in prossimità dell'uovo, ma prima di giungere a destinazione conta solo la 'forza bruta' del numero. Nella specie umana l'uovo è un partner molto impaziente. Se non giungono spermatozoi nelle ore immediatamente successive alla sua emissione dall'ovaio, l'uovo inizia la sua discesa lungo le vie genitali e a quel punto è quasi impossibile che venga fecondato.

La fecondazione accende lo sviluppo

Appena avvenuta la fecondazione, nell'uovo si scatena una quantità di eventi diversi. Alcuni, fondamentali per la continuità genetica, interessano i nuclei: il nucleo dell'uovo, che molto spesso non ha completato la meiosi (nel modello costituito dal riccio di mare la meiosi è però già conclusa), riavvia i processi che portano alla sua maturità completa (pronucleo femminile). Nello stesso tempo, il nucleo dello spermatozoo modifica la sua densità e diviene il pronucleo maschile.

I due pronuclei quindi si fondono (come nel caso del riccio), oppure, come avviene in tutti i vertebrati e in molti altri casi, mettono in comune i loro cromosomi durante la prima divisione cellulare. Danno così origine a una cellula potenzialmente capace di produrre il nuovo organismo, lo zigote, che dà inizio a una nuova fase metabolica: la fabbrica cellulare, finora dormiente, improvvisamente si sveglia. Il consumo di ossigeno aumenta e inizia la sintesi di nuove proteine, usando gli RNA (DNA e RNA), messaggeri, anch'essi dormienti, che erano stati accumulati durante la maturazione dell'uovo. Seguirà, dopo un tempo più o meno lungo, una serie di divisioni cellulari e prenderà così avvio lo sviluppo dell'embrione.

Riproduzione e società

Conoscere i meccanismi di maturazione dei gameti e della fecondazione è molto importante per la scienza e per la nostra società. È possibile, per esempio, migliorare la fecondità di animali di interesse pratico (come mucche e pecore). Ancora più importante è l'intervento sulla fecondità umana, sia per controllarla, riducendo le nascite e rendendole scelta cosciente dei genitori, sia per aumentare le possibilità di successo in caso di scarsa fecondità. In alcuni casi, non si può o non si desidera avere figli: diviene necessario allora trovare modi di contraccezione, per impedire che a un rapporto sessuale segua una gravidanza. Questo può essere ottenuto impedendo meccanicamente agli spermatozoi di raggiungere l'uovo (per esempio, con l'uso del preservativo), o all'uovo di essere fecondato, per esempio con la cosiddetta pillola, un farmaco che contiene ormoni e che viene presa dalle donne che non desiderano rimanere incinte.

In altri casi, un figlio desiderato non arriva e la coppia ricorre alla 'fecondazione in provetta', meglio nota come fecondazione assistita: i gameti maschili e femminili della coppia vengono cioè raccolti e fatti fecondare in vitro, al di fuori dell'utero. Dopo poche divisioni cellulari, l'embrione che ne deriva viene messo nuovamente nell'utero della madre, dove segue poi il normale processo di gravidanza.

Avere figli implica sempre importanti scelte umane, mediche, etiche e politiche. La nostra società nei prossimi anni dovrà sempre più confrontarsi con i problemi della fecondazione assistita, via via che si svilupperanno nuove conoscenze e nuove possibilità mediche di intervento sulla riproduzione.