Zeugung

Grundbegriff und Ablauf

Zeugung, auch Fertilisation, Befruchtung oder selten Prokreation genannt, bezeichnet die Vorgänge, durch die aus einer Eizelle (Oozyte) eine Zygote entsteht. Beim Menschen geschieht dies durch die Verschmelzung zweier Keimzellen: des männlichen Spermiums und der weiblichen Eizelle. Die Zygote ist die erste befruchtete Zelle und enthält Erbgut beider Elternteile.

Wenn Nachkommen aus unbefruchteten Eizellen entstehen, spricht man von Jungfernzeugung oder Parthenogenese. Beim Menschen beschreibt der Artikel aber die natürliche Befruchtung, die in mehreren Schritten abläuft: Kapazitation und Wanderung der Spermien, Andocken an die Eizelle und Fusion, danach kortikale Reaktion, Abschluss der Meiose und Aktivierung der Zygote.

Kapazitation und Spermienwanderung

Bei einem Samenerguss während eines Vaginalverkehrs gelangen etwa drei bis fünf ml Sperma in die weibliche Vagina. Das entspricht ungefähr 200–600 Millionen Spermien. Während der meisten Zeit des Zyklus sterben sie im sauren Milieu der Vagina innerhalb von ½–3 Stunden ab. Während der Follikelreifungsphase wird jedoch durch Östrogen Zervixschleim gebildet. In diesem Schleim können Spermien in den Zervixdrüsen des Gebärmutterhalses bis zu 5 Tage überleben und auf einen Eisprung warten.

Kapazitation nennt man den Vorgang, durch den Spermien auf dem Weg zum Eileiter zeugungsfähig werden. Dabei werden bestimmte Proteine im Sperma und an den Spermien durch weibliche Enzyme entfernt. Dieser Prozess dauert einige Stunden; in dieser Zeit können die Spermien noch keine Eizelle befruchten. Nur wenige Hundert Spermien erreichen schließlich den Eileiter. Diese Vorgänge im Körper der Frau und die nachfolgenden Schritte werden insgesamt als Empfängnis bezeichnet.

Zur Zeit des Eisprungs verflüssigt sich der Zervixschleim. Dadurch können innerhalb von etwa eineinhalb Stunden bis zu einige Millionen Spermienzellen in den Gebärmutterhals eindringen. Der Gebärmutterhals dient dann als Reservoir, aus dem im Laufe von drei Tagen nach und nach Spermien in die Gebärmutterhöhle abgegeben werden.

Ob es zur Befruchtung kommt, hängt davon ab, ob sich in einem Eileiter eine befruchtungsfähige Eizelle befindet oder ob ein Eisprung bevorsteht. Spermien können mehrere Tage lebend im Eileiter bleiben. Nach einem Eisprung bewegen sie sich auf die Eizelle zu. Für das Auffinden der Eizelle werden hormongesteuerte Abläufe vermutet. Außerdem könnte ein von der Eizelle abgegebener Stoff eine Rolle spielen, für den Spermien Duftrezeptoren besitzen, darunter OR1D2 und hOR17-4. Der Duftstoff Bourgeonal, der auch im Duft von Maiglöckchen vorkommt, kann diesen Rezeptor aktivieren und eine positive Chemotaxis auslösen, also eine Bewegung entlang eines chemischen Signals. Nach neueren Erkenntnissen aktiviert auch das weibliche Hormon Progesteron ein Steuerungssystem der Spermien, erhöht in ihnen die Kalzium-Konzentration und verändert dadurch das Schlagmuster ihres Schwanzes, sodass sie die Eizelle ansteuern können.

Andocken und Fusion

Die Eizelle ist von einer lockeren Schicht aus Follikelzellen umgeben. Über ihrer Plasmamembran liegt außerdem die Zona pellucida, eine Schicht aus verschiedenen engmaschigen Glykoproteinen. Glykoproteine sind Verbindungen aus Eiweiß und Zuckeranteilen. Damit ein Spermium mit der Eizelle verschmelzen kann, muss es beide Schichten durchdringen.

Spezielle Glykoproteine der Zona pellucida binden an den Kopf eines auftreffenden Spermiums. Dadurch wird die Fusion des Akrosoms mit der Zona pellucida ausgelöst. Das Akrosom ist ein Bereich im Spermienkopf, der Enzyme enthält. Diese Enzyme lösen die Zona pellucida lokal auf und ermöglichen dem Spermium, die darunterliegende Plasmamembran der Eizelle zu erreichen.

Die Akrosomreaktion sorgt außerdem dafür, dass bestimmte Proteine auf dem Spermium aktiviert und nach außen freigelegt werden. Diese Proteine können dann spezifisch an passende Rezeptoren auf der Plasmamembran der Eizelle binden. Erst dadurch wird die Verschmelzung von Spermium und Eizelle möglich.

Schutz vor Mehrfachbefruchtung

Beim Kontakt verschmelzen Spermium und Eizelle, und das gesamte Spermium wird in die Eizelle aufgenommen. Sekunden danach kommt es zu einem starken Einstrom von Na^{+}-Ionen. Dadurch wird die Membran der Eizelle depolarisiert, also ihre elektrische Spannung verändert. Diese Depolarisation dauert etwa eine Minute und wird dann durch einen K^{+}-Ausstrom wieder aufgehoben, die Membran repolarisiert also.

Dieser Vorgang verhindert kurzfristig, dass weitere Spermien mit der Eizelle verschmelzen. Spermien können nur bei einem Membranpotenzial von -70mV mit der Eizelle fusionieren. Deshalb bildet die Depolarisation den „schnellen Block gegen Polyspermie“. Polyspermie bedeutet, dass mehr als ein Spermium in dieselbe Eizelle eindringt.

Anschließend folgt der „langsame Block gegen Polyspermie“. Dabei verändern Enzyme aus den Corticalgranula die Struktur der Zona pellucida. Dadurch wird die Zona pellucida gegen weitere Penetration durch Spermien geschützt.

Meioseabschluss und Zygote

Nachdem das Spermium in die Eizelle aufgenommen wurde, beendet die Eizelle ihre zweite Reifeteilung, die Meiose II. Dabei schnürt sie ein letztes Polkörperchen ab. Danach besitzt sie nur noch den haploiden Ein-Chromatid-Chromosomensatz. Haploid bedeutet, dass nur ein einfacher Chromosomensatz vorhanden ist.

Die männlichen und weiblichen haploiden Ein-Chromatid-Chromosomen werden zu haploiden Zwei-Chromatid-Chromosomen. Es entstehen ein männlicher und ein weiblicher Vorkern. Diese vereinigen sich zu einem vollständigen, 2-fachen oder diploiden Zwei-Chromatid-Chromosomensatz. Diploid bedeutet, dass ein doppelter Chromosomensatz vorhanden ist. Damit ist die eigentliche Zeugung abgeschlossen: Es ist eine befruchtete Zelle entstanden, die Erbgut beider Elternteile enthält.

Diese befruchtete Zelle heißt Zygote. Sie beginnt einen Tag nach der Zeugung mit der Zellteilung. Nach etwa drei Tagen erreicht sie im 12- bis 16-Zellen-Stadium die Gebärmutter. Dort nistet sie sich etwa fünf bis sechs Tage nach dem Eisprung in der Gebärmutterschleimhaut ein. Nach vorherrschender Meinung beginnt damit die Schwangerschaft. Wenn die Einnistung erfolgreich war, wird zunehmend humanes Choriongonadotropin, kurz hCG-Hormon, produziert. Ab diesem Tag ist ein vorperiodlicher Schwangerschaftstest möglich.

Jahreszeitliche Schwankungen

Der Artikel nennt auch jahreszeitliche Schwankungen der Zeugungsraten beim Menschen, weist aber darauf hin, dass dieser Abschnitt nicht hinreichend mit Belegen ausgestattet ist. Die Angaben sollten deshalb als unsicher behandelt werden.

Nach diesen Angaben wurden bis etwa zu den 1960er-Jahren in den meisten Gesellschaften der nördlichen Hemisphäre im Frühling nachweislich mehr Kinder gezeugt als in anderen Jahreszeiten, und zwar bis zu 10 % über dem Jahresmittel. In den 1960er- und 1970er-Jahren änderte sich dies vergleichsweise abrupt: Das Maximum wurde schwächer und erstreckte sich auch in den Sommer und teilweise sogar in den Herbst.

Als naheliegende Erklärung nennt der Artikel die zunehmende Unabhängigkeit des Menschen von jahreszeitlichen Schwankungen der Temperatur und des Sonnenlichts. Gründe dafür seien fortschreitende Technik und ein immer größerer Anteil der Bevölkerung in Berufen, die weniger von meteorologischen Bedingungen abhängen.