Inseminace zahrnuje všechny procesy, které přivádějí mužské a ženské reprodukční buňky do kontaktu, v důsledku čehož je spermie zavedena do plazmy vajíčka. Vlastně oplodnění znamená fúzi jader ženských a mužských zárodečných buněk.
Ke vzniku vajíčka může dojít i bez oplodnění vajíčka, ale pro vývoj embrya je nutné, aby bylo vajíčko oplodněno. Spermie jsou produkovány v gonádách kohouta téměř po celý rok a u ostatních ptáků hlavně během jara a léta. Podle Čajkovské trvá sexuální aktivita ganderů v průměru 87-98 dní a končí v květnu.
Spermie se během páření dostávají do samičího reprodukčního traktu (kloaky). Z kloaky se pohybují po vejcovodu a do jeho trychtýře se dostávají hodinu po páření pomocí pohybu ocasu spermie a pod vlivem chemotaxe (pohyb spermie směrem k látkám vylučovaným vajíčkem).
Páření u ptáků probíhá velmi rychle a často se opakuje. Dukhno pozoroval, že při vysoké sexuální aktivitě kohoutů (16-22 páření za den) se objem semenné tekutiny vylučované při páření snižuje téměř 2krát a koncentrace spermií v ní klesá více než 2krát ve srovnání s tím, co se děje při omezeném sexuální aktivita stejných kohoutů (3-5 páření denně). Omezení počtu páření kohoutů podle autora zvyšuje procento oplození vajec, procento vylíhnutí mláďat a životaschopnost mladých zvířat.
Podle Mamziny je objem semenné tekutiny uvolněné najednou u kohouta normálně 0.1-1.2 ml s průměrnou koncentrací spermií 3.75 miliard/ml (od 0.04 do 8 miliard/ml). Koncentrace spermií je indikátorem intenzity gonadální funkce. Autor zaznamenal pozitivní korelaci mezi rychlostí obnovy značeného fosforu v celkovém množství RNA spermie (která odráží intenzitu metabolických procesů při spermatogenezi) a koncentrací spermií. Stejnou metodou (značený fosfor) bylo zjištěno, že trvání spermatogeneze u kohoutů je 14-15 dní, tedy o polovinu déle než u hospodářských zvířat, což je v souladu s vysokou sexuální aktivitou kohoutů. Doba potřebná k tomu, aby semeno prošlo eferentními cestami, je 10-12 dní. U hadů je objem semenné tekutiny na páření 0.1-2.0 ml a její koncentrace je výrazně nižší než u kohoutů a rovná se 340-580 milionům/ml.
Studiem fyziologických vlastností spermií Gander Čajkovskaja pozorovala, že čím vyšší je koncentrace semenné tekutiny, tím vyšší je aktivita spermií (jejich relativní počet schopný pohybu vpřed), tím větší je jejich odpor (odolnost lipoproteinového obalu spermií vůči 1. % roztoku chloridu sodného), čím vyšší je oplození vajíček a tím nižší je embryonální mortalita. Ve všech těchto ukazatelích je sperma kohoutů mnohem lepší než sperma holubů. Qamar potvrdil, že se špatnou pohyblivostí spermií a nízkou koncentrací spermií je plodnost a líhnivost kuřat značně snížena. Seki a Keith ukázali, že přítomnost více než 10 % abnormálních, zdeformovaných spermií snižuje oplodnění krůtích vajec o 12 % a líhnivost krůt o 3.5 %.
Mnoho výzkumníků a lékařů v oboru drůbeže pozorovalo vztah mezi oplodněním vajec, líhnivostí a životaschopností kuřat. Lepajõe zjistil pozitivní korelaci 0.45±0.05 mezi oplodněním vajec jednotlivých kuřat a líhnivostí kuřat z nich; mezi líhnivostí a udržovací kvalitou kuřat během růstu – 0.67±0.07; mezi oplodněním vajec každé slepice ve 2. a 3. roce snášky je 0.52±0.07 a líhnivost kuřat ve stejných letech je 0.57±0.06.
Ve skupině prací Novik a její spoluautoři experimentálně prokázali, že k průniku spermatu do vajíčka u kuřat dochází bezprostředně po ovulaci v infundibulu vejcovodu. Pokud zde na 15-20 minut. Pokud se vajíčko nepotká se spermií, dochází následně k nevratným změnám a ztrácí schopnost oplodnění. Dříve se věřilo, že ztráta schopnosti oplodnění souvisí s proteinem obklopujícím vajíčko (ve vejcovodu); protože však autoři nebyli schopni dosáhnout oplodnění vajíčka ani poté, co bylo zbaveno bílkovin, je třeba za důvod považovat změny ve vejci samotném. Při chirurgickém zákroku se autorům podařilo oplodnit vajíčko ještě před ovulací.
Pohlavní buňky (gamety) jsou specializované buňky, které nejsou schopny dlouhodobě existovat bez procesu oplodnění; po jejich splynutí vzniká zygota, která už není jen buňkou, ale celým organismem, který začíná nový životní cyklus.
Jak spermie pronikají do vajíčka?
Dorfman uvádí, že při interakci spermie s vajíčkem dochází k tzv. akrozomální reakci, při které je nit vytlačena z akrozomu spermie a vstupuje do receptivního valu vytvořeného na povrchu vajíčka. V tomto případě spermie savců vylučují hyaluronidázu, která štěpí mukopolysacharidy, které slepují folikulární buňky obklopující vajíčko. Rozpad mukopolysacharidů činí buněčnou membránu propustnější. Hyaluronidáza však nebyla v ptačích spermiích detekována. Vitelinní membrána vajíčka u ptáků je rozpuštěna lysiny vylučovanými akrozomem spermií. Lysiny a další látky uvolňované gametami do prostředí se nazývají gamony. Hlava, krk a spojovací část spermie pronikají do cytoplazmy vajíčka a jeho ocas je odhozen.
Centrosom spermie se po vstupu do vajíčka, které nemá svůj vlastní centrosom, stává buněčným centrem zygoty. Poté se centrosom rozdělí na dva nové, které se rozbíhají do stran a nacházejí se na obou koncích nově vzniklého jádra. V tomto případě dochází k restrukturalizaci cytoplazmatického materiálu a přípravě na sérii mitotických dělení – pro reprodukci buněk.
Vstup centrosomu spermie dává impuls k aktivaci vajíčka k vývoji, který je podobný neuromuskulárnímu impulsu jak svým fyziologickým projevem, tak svou fyzikálně-chemickou podstatou, což potvrzují nové výzkumy posledních desetiletí. Podle autora by bylo chybné považovat za příčinu aktivace vajíčka splynutí samčích a samičích jader. Po splynutí jader vajíčka a spermie dochází k první fragmentaci nově vytvořeného jádra a cytoplazmy zygoty. V tomto případě se obvyklým mitotickým způsobem rozdělí diploidní počet chromozomů zygoty (skládající se ze dvou haploidních sad – mateřské a otcovské), takže každá nově vzniklá buňka má diploidní sadu chromozomů.
Oplodnění způsobuje ve vajíčku řadu fyzikálně-chemických a biochemických změn. Uveďme ty hlavní. Po oplodnění se viskozita protoplazmy vajíčka zvyšuje a blíží se gelu, který je zřejmě nezbytný pro buněčné dělení. Průnik spermie do vajíčka podle Knorreho 70-80krát (podle Bartha 5krát) zvyšuje redoxní procesy a zvyšuje produkci tepla. Tato energie je zřejmě nezbytná pro procesy dalšího vývoje. Podle Bracheta však oplodnění nemusí nutně stimulovat dýchání vajíčka (u různých zvířat), ale pouze jej reguluje. Cituje Bataillonovu teorii, podle níž je oplodnění v podstatě „reakcí čištění“ vajíčka od toxických produktů rozkladu v důsledku zvýšení propustnosti jeho membrán, neboť podle řady údajů je neoplozené vajíčko buňkou stav útlaku. Bezprostředně po oplodnění je patrný nárůst spotřeby glykogenu. Kromě toho se zvyšuje produkce amoniaku, což ukazuje na stimulaci purinového metabolismu spojeného s RNA. Během oplodnění dochází k výrazné restrukturalizaci bílkovin a později dochází k jejich syntéze.
Během oplodnění proniká do ptačího vajíčka mnoho spermií současně (polyspermie). Podle Bekhtiny pronikne slepičím vejcem v průměru 20-60 spermií, a když do vajíčka vstoupí 300-400 spermií, jsou pozorovány vývojové anomálie. Jádro pouze jedné ze spermií splyne s jádrem vajíčka. Existuje mnoho protichůdných pozorování a názorů na osud zbývajících spermií, které proniknou do vajíčka. Podle některých výzkumníků všechna spermie, kromě jedné, zemřou a jejich jádra podléhají destrukci s rozpadem chromatinu enzymy. Podle jiných jsou zbývající spermie asimilovány zygotou, poskytující zdroj živin, energie a případně plastového materiálu. Knorre se navíc domnívá, že tvoří také merocyty (putující jádra), která přispívají ke zpracování žloutku. Třetí skupina výzkumníků se domnívá, že tato spermie tvoří další jádra, která se podílejí na stavbě vitelinního syncytia a stávají se centry dalšího okrajového štěpení. Bekhtin, souhlasící s Knorreovým názorem na účast dalších samčích pronukleí na vývoji nutričního materiálu žloutku, se domnívá, že produkty rozpadu spermií (biologicky aktivní látky) jsou asimilovány embryem a jsou jedním ze zdrojů změn kvalitu potomstva získaného při heterospermické inseminaci a konečně považuje za možné, že některá další samčí pronuklea se stanou jádry okrajových blastomer, která nejsou dole uzavřena, tj. vstupují do struktury embrya. Za nejsprávnější považujeme názor druhé skupiny badatelů.
Důležitou roli hraje zřejmě možnost selektivního oplodnění (nejvhodnější, energeticky nejvydatnější spermie splyne s vajíčkem). Nesmíme zapomínat, že při oplození dochází ke spojení dvou různých dědičných primordií, což je příznivé a nezbytné pro vývoj normálního životaschopného potomstva. Pohlavní buňky by neměly patřit na jedné straně k blízce příbuzným zvířatům kvůli přílišné fyziologické podobnosti mezi nimi a na druhé straně k příliš vzdáleným druhům kvůli fyziologické neslučitelnosti. Mnoho genů, které způsobují nežádoucí, někdy dokonce smrtelné příznaky, je v těle v recesivním stavu a neobjevuje se. Při blízce příbuzném křížení – příbuzenském křížení se tyto recesivní geny vyskytují a mohou se projevovat, způsobovat výskyt znaků nežádoucích pro člověka a často škodlivých pro samotné zvíře; v některých případech vede projev recesivního znaku ke smrti zvířete před ukončením jeho embryonálního vývoje. Při překročení zcela nesouvisejících linií se potomek často ukáže být lepší než každý z rodičů. Toto zlepšení se nazývá heteróza. Geneticky se heteróza vysvětluje tím, že každá z rodičovských linií obsahuje dominantní geny, které zakrývají nežádoucí recesivní geny druhé rodičovské linie.
Řada výzkumníků se snažila prokázat možnost účasti na oplodnění vajíčka (tj. na splynutí mužského jádra se samičím) dvou nebo více spermií (s výskytem známek dvou otců u potomků) po inseminaci spermatem dvou kohoutů. Experimenty byly provedeny bez cytologických studií nezbytných v takových případech, nevylučovaly čistě genetické chyby a nelze je považovat za spolehlivé. Příznivý efekt oplození spermií dvou kohoutů pozorovaný těmito autory lze zřejmě vysvětlit asimilací jader dalších spermií zygotou a pozitivní roli mohou hrát i některé plemenné rozdíly v DNA.
Navzdory tomu, že Kurbatov a Narubina předložili velké množství materiálů, které, jak se zdá, vykazují genderový posun u potomků směrem k nárůstu procenta samic s omezeným (krátkodobým či směnným) využíváním kohoutů, se nám to jeví jako neopodstatněné, protože pohlaví potomstva u ptáků neurčuje samec, ale samice.
Ve velké skupině prací uvádí Olsen případy partenogenetického vývoje vajec z krůt a kuřat. Při shrnutí výsledků 9letého pozorování autor poznamenává, že počet případů partenogenetického vývoje v průběhu let narůstal a že během této doby se vylíhlo 67 „partenogenetických“ krůt, přičemž všichni byli samci; 3 z nich produkovaly spermie a potomstvo bylo získáno od jednoho. Podle našeho názoru by takový závěr měl být mnohem lépe podložen (např. jsou nutné cytologické studie chromozomálního aparátu), neboť odporuje všemu, co je známo o biologii reprodukce vyšších živočichů.
Spermie, které se nesloučily s vajíčkem, zůstávají v záhybech vejcovodu a zachovávají si svou životaschopnost a mohou oplodnit vajíčka během následujících ovulací. Bylo prokázáno, že do tří týdnů po páření mohou slepice snést oplozená vajíčka a životaschopnost embryí nezávisí na době snesení vajíčka po přikrytí slepice. Podle Novika a Gintovta si kohoutí spermie zachovávají schopnost oplodnění ve vejcovodu slepice až 30 dní. Mimo vejcovod je schopnost oplodnění spermií výrazně snížena během jedné hodiny po ejakulaci. Autoři zjistili, že nejpříznivějším prostředím pro zachování této schopnosti je mírně hypertonický roztok s pH 6-8. Dlouhodobé uložení spermatu v reprodukčním traktu kuřat je zajištěno morfofyziologickými podmínkami žlázových jamek (krypt) nálevky vejcovodů, hloubkou krypt, mírně kyselou reakcí média a přítomností glukóza a fosfatáza v něm. Weizmann uvádí, že schopnost oplodnění spermatu v genitálním traktu samic perliček je plně zachována po dobu 8-10 dnů a poté klesne na nulu do 20. dne po páření. Doba trvání oplodňovací schopnosti spermií u kachen je výrazně kratší. Asch pozoroval vysoké oplodnění vajíček u pekingských kachen pouze do 4–5 dnů po odstranění samců a 10.–13. den se oplodnění vajíček snížilo na nulu. Podíl kachňat vylíhnutých z oplozených vajíček se také snížil ze 75.8 % v prvním týdnu po izolaci samců na 60.5 % ve druhém. Halpern ukázal, že k zajištění vysokého procenta oplodněných vajíček musí být v reprodukčním traktu kuřete dostatečné množství spermií. Dříve nespářené slepice tedy i po trojnásobném spáření s kohouty snesly 76.3 % neoplozených vajec. Autor pozoroval, že čím častěji se slepice páří s kohouty, tím vyšší je procento oplozených vajec; páření muselo být denně, ale ne méně než každý druhý den. Bylo zjištěno, že k páření dochází během 18-30 hodin. před další ovulací, která zajistí oplodnění vajíček čerstvými spermiemi.
Kdysi se věřilo, že spermie, které se neúčastní oplodnění vajíčka, hrají významnou roli v metabolismu těla matky a pronikají do epiteliálních buněk ženského genitálního traktu. Bekhtina získal opačné údaje poté, co prozkoumal asi 100 reprodukčních traktů kuřat a nenašel jediný případ průniku spermií do cytoplazmy buněk epitelu, který je vystýlal. Autor předpokládá, že změnu barvy skořápky směrem k otcovskému plemeni lze vysvětlit zahrnutím produktů resorpce semenné tekutiny do látky pigmentující skořápku.
