КАКВО Е ГАМЕТОГЕНЕЗАТА? ПРОЦЕС И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В гаметогенезата е образуването на гамети или полови клетки в живи организми. Този процес позволява на индивидите да трансформират и предават някои от временните промени в експресията на своите гени, които са били „индуцирани“ от външни сигнали, към тяхното потомство.

Всички индивиди, които имат сексуална репродукция, редовно произвеждат два вида зародишни клетки, които се наричат ​​"гамети". Тези клетки не могат да се развиват директно като спорите на гъбичките, тоест не могат винаги да пораждат нов индивид.

Представителна схема на женската и мъжката гаметогенеза (Източник: Elversberg чрез Wikimedia Commons)

И двата типа клетки, мъжката гамета и женската гамета, трябва да се слеят една с друга в събитие, известно като „оплождане“. Едва след оплождането, клетъчният продукт на този синтез, зиготата, може да породи нов индивид.

Гаметите на голям брой животни се синтезират от половите жлези, които са органи, строго специализирани в тази функция. Гонадите имат покълващ епител с клетки, наречени "гонии", на които дължат името си. Гониите са морфологично еднакви и при двата пола. При мъжете обаче те се наричат ​​"сперматогония", а при жените се наричат ​​"оогония".

Гаметогенезата обхваща както сперматогенезата, така и оогенезата и двата процеса са хомоложни, споделяйки три основни стъпки за образуването на гамети.

Гаметогенезата се отличава с това, че представлява процес на клетъчно делене, чрез който хромозомното натоварване на индивид се намалява наполовина, което е възможно благодарение на мейотичното деление, където се появяват две последователни хромозомни сегрегации.

Производството на полови клетки в животно или в растение зависи от няколко фактора, сред които се открояват диференциалната експресия на някои гени, кодиращи „инструкциите“, необходими както за клетъчното делене, така и за предизвикване на промени. съответно морфогенетично.

Мъжка гаметогенеза

Мъжката гаметогенеза е процесът, при който сперматогонията узряват и се диференцират в сперматозоидите. Това е сложен процес, при който тотипотенциалните стволови клетки се разделят, за да се получат дъщерни клетки, които ще станат сперматозоиди.

При повечето живи същества, които имат мъжка гаметогенеза, това се случва до определена възраст на развитие. При хората той започва да се проявява през пубертета и продължава до края на живота.

Мъжката гаметогенеза при много животни, включително и човека, се нарича "сперматогенеза" и се състои от три етапа: митотична пролиферация, мейотична пролиферация и клетъчно ремоделиране.

процес

Сперматогенезата започва с митоза, която увеличава броя на сперматогонията. Сперматогонията е популация от клетки, които са в постоянно митотично деление, тъй като те отговарят за обновяването на стволовите клетки, за да произхождат сперматозоидите.

По този начин, митотичният процес в мъжката гаметогенеза е от решаващо значение за пролиферацията и поддържането на сперматогонията.

Някои от сперматогонията, причинена от митоза, се увеличават по размер и се превръщат в първични сперматоцити. Всеки първичен сперматоцит претърпява намаляване на хромозомния товар чрез първо мейотично деление (мейоза I), което води до две вторични сперматоцити.

Вторичните сперматоцити влизат във второ мейотично деление (мейоза II), но в това не възниква интерфейс (хромозомното натоварване не се разделя отново), така че получените клетки имат същото хромозомно натоварване, тоест те са хаплоидни.

Получените хаплоидни клетки се наричат ​​сперматиди и всяка от тях може да съдържа само хромозоми от майчин или бащин произход или смес от различни пропорции на хромозомите на двамата родители.

Сперматидите навлизат в процес, наречен "спермиогенеза", при който те претърпяват различни морфологични промени, кондензират хромозомите си, удължават жълтиците си, намаляват цитоплазменото си съдържание и накрая стават зрели сперматозоиди (въпреки че узряването в много случаи се кулминира, докато те се освобождават в женския репродуктивен тракт).

Характеристика

Въпреки факта, че сперматогенезата протича непрекъснато през целия репродуктивен живот на възрастно животно, този процес има единствената цел да произведе клетките, чрез които генетичната му информация ще бъде предадена на потомството, което ще бъде възможно само до чрез сексуална репродукция с женска от същия вид.

В допълнение, това позволява на мъжете от вида да смесват генетичната информация на своите предшественици и тяхната собствена с тази на женската, за да увеличат генетичната изменчивост на потомството.

Тази способност за смесване на генетична информация помага на видовете да придобият важни качества, които могат да им помогнат да преодолеят промените или неблагоприятните условия в средата, в която живеят.

Женска гаметогенеза

Женската гаметогенеза или оогенеза е един от най-изследваните процеси в цялата история на човечеството. Учени от различни области като медицина, биология, икономика, социология и публична политика и др. Са се посветили на изследването му.

Английският лекар Уилям Харви формулира известна фраза за оогенезата, която гласи: „всичко живо е от яйцето“.

През целия живот на много женски животни се произвеждат около 1 до 2 милиона яйцеклетки, но само 300 до 400 от яйцеклетките зреят и са "овулирани". При жени от много животински видове след пубертета всеки месец се развива една или повече огонии, образуващи зрели овули.

процес

Зародишните клетки на яйчника, наречени oogonia или oogonia, се увеличават в брой чрез митоза. Всяка получена oogonia има същия брой хромозоми като другите соматични клетки. След като оогонията спре да се размножава, те нарастват в размер и стават първични яйцеклетки.

Преди да се случи първото мейотично деление, хромозомите в първичните яйцеклетки се сдвояват с техните хомоложни хромозоми, наполовина наследени от майката, а половината от бащата.

Представяне на менструалния цикъл. 1) Менструация; 2) узряване на фоликула; 3) зрял фоликул; 4) Corpus luteum и 5) Деградация на corpus luteum (Източник: M.Komorniczak, чрез Wikimedia Commons)

Тогава възниква първото „редукционно“ или зряло разделение, тоест първата мейоза. Това разделение води до две клетки, една клетка с половината генетичен материал, с лошо цитоплазмено съдържание и известна като "първото полярно тяло".

Втората клетка, получена в резултат на първата мейоза, е голяма и много по-богата на цитоплазмено съдържание от полярното тяло, в допълнение, тази клетка има другата половина от генетичното съдържание на първичната яйцеклетка, която я е породила. Тази втора клетка се нарича „вторична яйцеклетка“.

Във второто мейотично разделение вторичният ооцит и първото полярно тяло се разделят, образувайки съответно едно голямо "яйцевидно" и три малки полярни тела. Яйцеклетката расте и се трансформира, за да даде зряла яйцеклетка.

Полярните тела не са функционални и в крайна сметка се разпадат, но образуването им е необходимо, за да се освободи яйцеклетката от „излишъка“ от хромозоми. От своя страна неравномерното цитоплазмено разделение позволява да се произведе голяма клетка с достатъчно резервен материал за развитието на нов индивид.

Характеристика

Подобно на мъжката гаметогенеза, женската гаметогенеза има крайната цел да произведе женската гамета. Тази гамета обаче има различни характеристики и функции от мъжката гама.

Както при синтеза на мъжки гамети, женските гамети също смесват генетичната информация на родителите и индивида, който ги произвежда, за да предават тази информация и в същото време увеличават генетичната изменчивост на своето потомство.

Независимо от факта, че при женската гаметогенеза първичните яйцеклетки пораждат една функционална яйцеклетка (женска гамета), те имат целия хранителен материал, който да даде начало на новия индивид, след като настъпи оплождане.

Прави впечатление, че при хора, например, женската гаметогенеза е непрекъснат процес от пубертета, но е ограничен, тоест в плода на женско бебе, всички първични яйцеклетки, които една жена ще има, се формират в през целия си живот, които се "губят" с менструация всеки месец.

Гаметогенеза в растенията

Само във висшите растения се говори за правилната гаметогенеза и процесът в растенията е доста подобен на този на животните.

Основната разлика е, че растенията имат способността да произвеждат гамети на късен етап на развитие, който не е бил предварително определен, докато при животните образуването на гамети е ограничено до конкретни региони, установени през ембрионално развитие.

Гамтогенеза в цъфтящи растения (Източник: Pablo damiani2 чрез Wikimedia Commons)

Друга важна характеристика е, че въпреки че плодовитостта на гамети може да бъде много често повлияна от генетични мутации, тези мутации рядко са смъртоносни за потомството.

Във висшите растения мъжките и женските гамети са съответно поленовото зърно и овулът. Както овулът, така и прашецът са зърнести (неподвижни) и се намират във всеки от съответните им гаметофити (които са аналогични на половите жлези).

Женска гаметогенеза

В цъфтящите растения местата за производство на овули са известни като "мегаспорангия" и се намират в яйчника, който съдържа един или няколко овула. Всеки овул е съставен от мегаспорангиум, наречен нуцела и е заобиколен от един или повече обвивки.

Покритията се събират в единия си край и образуват микропила, отвор, през който ще проникне цветен прашец на прашец. В рамките на мегаспорангията клетка, известна като "мегаспороцит", действа като майка на мегаспората (овула).

Мегаспороцитът претърпява мейоза и образува четири хаплоидни мегаспори. Три от мегаспорите обикновено се разпадат, а тази, която е най-отдалечена от микропилата, оцелява и се превръща в мегагаметофит.

В повечето покритосеменни растения мегагаметофитът развива осем ядра. Четири ядра отиват в единия край на яйцето, а останалите четири отиват в другия. Ядро от всеки от краищата мигрира към центъра на овула, те са известни като "полярни ядра".

Останалите ядра във всеки край образуват клетки и една от тези клетки в близост до микропила ще се развие в зряла яйцеклетка.

Зрелият мегагаметофит е съставен от 8 ядра в 7 различни клетки. Това е известно още като "ембрионален сак", тъй като ембрионът се развива вътре, след като настъпи оплождане.

Мъжка гаметогенеза

Поленните зърна или микрогаметофитите се произвеждат и залагат в тичинките на цветето. Всяка тичинка има прашник и всеки прашник обикновено има четири микроспорангии, които са известни като прашец.

Вътре във всеки цветен прашец са стволовите клетки на микроспорите, тоест на поленовите зърна. Всички стволови клетки преминават през мейотичен процес и от всяка стволова клетка се произвеждат четири хаплоидни микроспори.

Микроспорите растат и се развиват в незрело полено зърно. Тези незрели цветен прашец имат клетка, от която възниква "цветен прашец", и генеративна клетка, която ще произведе две сперматозоиди.

Преди да се освободи цветен прашец от прашника, той развива външна защитна обвивка на протеин, наречен екзин, и вътрешна защитна обвивка на друг протеин, интин. Много видове растения могат да бъдат идентифицирани по образеца, който се развива по вътрешната покривка на цветен прашец.

Окончателното развитие на поленовото зърно се случва с „покълването“ на цветен прашец, това се случва само след като поленовото зърно се отложи върху стигмата на цветето, която впоследствие ще се опраши.

Препратки

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Женска и мъжка гаметогенеза. В клиничната репродуктивна медицина и хирургия (стр. 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., & Hilscher, B. (1976). Кинетика на мъжката гаметогенеза. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Молекулен анализ на мъжката гаметогенеза в растенията. Тенденции в генетиката, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, януари). Образуването на гамета възстановява стареещия часовник в дрождите. В симпозиуми за количествената биология в студеното пролетно пристанище (том 76, стр. 73-80). Лабораторна преса за студено пролетно пристанище.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (ред.). (2012 г.). Ултраструктура на репродукцията: гаметогенеза, оплождане и ембриогенеза (том 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ, & Amon, A. (2011). Регулация на влизането в гаметогенезата. Философски транзакции на Кралското общество Б: Биологични науки, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA, & Yang, C. (2004). Растителна гаметогенеза: опазване и контрасти в развитието. Репродукция, 128 (5), 483-492.