ЩО ТАКЕ ГАМЕТОГЕНЕЗ? ПРОЦЕС І ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Гаметогенеза є формування гамет або статевих клітин в живих організмах. Цей процес дозволяє індивідам трансформувати та передавати нащадкам деякі тимчасові зміни в експресії своїх генів, які були "індуковані" зовнішніми сигналами.

Усі особи, що мають статеве розмноження, регулярно продукують два види статевих клітин, які називаються "гамети". Ці клітини не можуть розвиватися безпосередньо, як спори грибів, тобто вони не завжди можуть породити нову особину.

Представницька схема жіночого та чоловічого гаметогенезу (Джерело: Ельверсберг через Wikimedia Commons)

Обидва типи клітин, чоловіча гамета і жіноча гамета, повинні зливатися між собою у випадку, відомому як "запліднення". Тільки після запліднення клітковий продукт цього злиття, зигота, може породити нову особину.

Гамети великої кількості тварин синтезуються із статевих залоз, які є органами, строго спеціалізованими на цій функції. У статевих залоз є зародковий епітелій з клітинами під назвою "гоні", якому вони зобов'язані. Гонії ​​морфологічно однакові у обох статей. Однак у самців це називається "сперматогонія", а у жінок - "оогонія".

Гаметогенез охоплює і сперматогенез, і оогенез, і обидва процеси є гомологічними, поділяючи три основні етапи утворення гамет.

Гаметогенез відрізняється тим, що це процес поділу клітин, за допомогою якого хромосомне навантаження індивіда знижується вдвічі, що можливо завдяки мейотичному поділу, де відбуваються дві послідовні хромосомні сегрегації.

Виробництво статевих клітин у тварини чи рослини залежить від кількох факторів, серед яких виділяються диференціальна експресія деяких генів, що кодують "інструкції", необхідні як для поділу клітин, так і для здійснення змін. відповідні морфогенетичні.

Чоловічий гаметогенез

Чоловічий гаметогенез - це процес, за допомогою якого сперматогонія дозріває і диференціюється на сперму. Це складний процес, при якому тотипотенціальні стовбурові клітини діляться для отримання дочірніх клітин, які стануть сперматозоїдами.

У більшості живих істот, що мають чоловічий гаметогенез, це відбувається не до певного віку розвитку. У випадку з людьми вона починає відбуватися в період статевого дозрівання і триває до кінця життя.

Чоловічий гаметогенез у багатьох тварин, включаючи людину, називають "сперматогенезом" і складається з трьох етапів: мітотичної проліферації, мейотичної проліферації та ремоделювання клітин.

Процес

Сперматогенез починається з мітозу, що збільшує кількість сперматогонії. Сперматогонії - це популяція клітин, що перебувають у постійному мітотичному поділі, оскільки вони відповідають за оновлення стовбурових клітин для походження сперми.

Таким чином, мітотичний процес у чоловічому гаметогенезі має вирішальне значення для розповсюдження та підтримання сперматогонії.

Деякі сперматогонії, спричинені мітозом, збільшуються в розмірах і стають первинними сперматоцитами. Кожен первинний сперматоцит зазнає зменшення хромосомного навантаження через перший мейотичний відділ (мейоз I), в результаті чого утворюються два вторинні сперматоцити.

Вторинні сперматоцити потрапляють у другий мейотичний поділ (мейоз II), але в цьому інтерфейс не виникає (хромосомне навантаження знову не ділиться), тому отримані клітини мають однакове хромосомне навантаження, тобто вони гаплоїдні.

Отримані в результаті гаплоїдні клітини називаються сперматидами, і кожна може містити лише хромосоми материнського або батьківського походження або суміш різної пропорції хромосом обох батьків.

Сперматиди вступають у процес, який називають "сперміогенезом", при якому вони зазнають різних морфологічних змін, конденсують свої хромосоми, подовжують джгутик, зменшують вміст цитоплазми і, нарешті, стають зрілою спермою (хоча дозрівання, у багатьох випадках, завершується, поки вони вивільняються в жіночому репродуктивному тракті).

Особливості

Незважаючи на те, що сперматогенез відбувається постійно протягом усього репродуктивного життя дорослої тварини, цей процес має єдину мету виробляти клітини, за допомогою яких його генетична інформація буде передаватися потомству, що стане можливим лише шляхом статевого розмноження самкою одного виду.

Крім того, це дозволяє самцям виду змішувати генетичну інформацію своїх попередників та свою власну з тією самкою для збільшення генетичної мінливості потомства.

Ця здатність змішувати генетичну інформацію допомагає видам набувати важливих якостей, які можуть допомогти їм подолати зміни або несприятливі умови в середовищі, в якому вони живуть.

Жіночий гаметогенез

Жіночий гаметогенез або оогенез був одним з найбільш вивчених процесів за всю історію людства. Вченим з різних областей, таких як медицина, біологія, економіка, соціологія та державна політика тощо, присвятили її дослідження.

Англійський лікар Вільям Харві сформулював відому фразу про оогенез, яка гласила: "все, що живе, походить з яйця".

Протягом життя багатьох жіночих тварин виробляється близько 1 до 2 мільйонів ооцитів, але лише 300 до 400 ооцитів дозрівають і «овулюються». У самок багатьох видів тварин після статевого дозрівання щомісяця розвивається одна або кілька огоній, утворюючи зрілі яйцеклітини.

Процес

Зародкові клітини яєчника, звані оогонія або оогонія, збільшуються в кількості через мітоз. Кожна отримана огонія має таку ж кількість хромосом, що й інші соматичні клітини. Як тільки оогонія перестає розмножуватися, вони збільшуються в розмірах і стають первинними ооцитами.

До того, як відбудеться перший мейотичний поділ, хромосоми в первинних ооцитах поєднуються з їх гомологічними хромосомами, наполовину успадкованими від матері, а половиною від батька.

Представлення менструального циклу. 1) Менструація; 2) Дозрівання фолікула; 3) зрілий фолікул; 4) жовте тіло та 5) деградація жовтого тіла (Джерело: М.Коморничак, через Wikimedia Commons)

Тоді відбувається перший «відновний» або дозрівальний поділ, тобто перший мейоз. У результаті цього поділу утворюються дві клітини, одна клітина з половиною генетичного матеріалу, з поганим вмістом цитоплазми і відома як "перше полярне тіло".

Друга клітина, що виникає в результаті першого мейозу, є значною і набагато багатшою на вміст цитоплазми, ніж полярне тіло, крім того, ця клітина має другу половину генетичного вмісту первинного ооцита, що її породило. Ця друга клітина називається "вторинним ооцитом".

У другому мейотичному поділі вторинний ооцит і перше полярне тіло діляться, утворюючи відповідно одне велике «яйцеподібне» та три малі полярні тіла. Яйцекладка росте і трансформується, щоб дати зрілу яйцеклітину.

Полярні тіла не функціонують і в кінцевому підсумку розпадаються, але їх утворення необхідне, щоб звільнити яйцеклітину «надлишку» хромосом. У свою чергу, нерівномірний цитоплазматичний поділ дозволяє виробляти велику клітину з достатнім запасним матеріалом для розвитку нового індивіда.

Особливості

Як і чоловічий гаметогенез, жіночий гаметогенез має вищою метою виробити жіночу гамету. Однак ця гамета має інші характеристики та функції, ніж чоловіча гамета.

Як і при синтезі чоловічих гамет, жіночі гамети також змішують генетичну інформацію батьків і індивіда, яка виробляє їх для передачі цієї інформації і, в той же час, збільшує генетичну мінливість їх потомства.

Незважаючи на те, що в жіночому гаметогенезі первинні яйцеклітини дають єдину функціональну яйцеклітину (жіночу гамету), вони мають весь поживний матеріал, щоб дати новонародженню, коли відбувається запліднення.

Примітно, що у людей, наприклад, жіночий гаметогенез - це безперервний процес від статевого дозрівання, але він є кінцевим, тобто у плода дитини жіночої статі всі первинні яйцеклітини, які матиме жінка, утворюються в все своє життя, які «втрачаються» менструацією щомісяця.

Гаметогенез у рослин

Тільки у вищих рослин можна говорити про належний гаметогенез, і процес у рослин досить схожий на процес у тварин.

Основна відмінність полягає в тому, що рослини мають здатність виробляти гамети на пізній стадії розвитку, що раніше не було визначено, тоді як у тварин утворення гамет обмежується конкретними регіонами, які були встановлені протягом ембріональний розвиток.

Гамтогенез у квітучих рослин (Джерело: Pablo damiani2 через Wikimedia Commons)

Ще одна важлива характеристика полягає в тому, що хоча на родючість гамет дуже часто можуть впливати генетичні мутації, ці мутації рідко є летальними для потомства.

У вищих рослин чоловічі та жіночі гамети - це пилкове зерно та яйцеклітина відповідно. І яйцеклітина, і пилкове зерно сидять (нерухомі) і знаходяться всередині кожного з відповідних їх гаметофітів (аналогічно статевим залозам).

Жіночий гаметогенез

У квітучих рослин місця опущення яйцеклітини відомі як "мегаспорангія" і знаходяться всередині яєчника, який містить одну або кілька яйцеклітин. Кожна овуля складається з мегаспорангія, який називається нуцелою, і оточений одним або кількома покровами.

Покриви збираються на одному кінці, утворюючи мікропіль, отвір, через який буде проникати пилкова трубка пилкового зерна. У межах мегаспорангії клітина, відома як «мегаспороцит», виступає в якості материнської клітини мегаспори (яйцеклітини).

Мегаспороцит зазнає мейозу і утворює чотири гаплоїдні мегаспори. Три мегаспори зазвичай розпадаються, а найдалі від мікропіля виживає і стає мегагаметофітом.

У більшості покритонасінних рослин мегагаметофіт, що розвивається, виробляє вісім ядер. Чотири ядра йдуть в один кінець яйця, а інші чотири - в інший. Ядро з кожного з кінців мігрує в бік центру яйцеклітини, вони відомі як "полярні ядра".

Решта ядер на кожному кінці утворюють клітини, і одна з цих клітин біля мікропіля перетвориться у зрілу яєчну клітину.

Зрілий мегагаметофіт складається з 8 ядер у 7 різних клітинах. Це також відомо як «ембріональний мішок», оскільки ембріон розвивається всередині після запліднення.

Чоловічий гаметогенез

Пилкові зерна або мікрогаметофіти виробляються і заносяться в тичинки квітки. У кожної тичинки є пильник, і кожен пильник зазвичай має чотири мікроспорангії, які відомі як пилкові мішечки.

Усередині кожного пилкового мішка знаходяться стовбурові клітини мікроспор, тобто пилкових зерен. Всі стовбурові клітини проходять мейотичний процес, і з кожної стовбурової клітини виробляються чотири гаплоїдні мікроспори.

Мікроспори ростуть і розвиваються в незріле пилкове зерно. Ці незрілі пилкові зерна мають клітину, з якої виникає «пилкова трубка», та генеративну клітину, яка буде виробляти дві клітини сперми.

Перед тим, як пилок вивільняється з пилу, він розробляє зовнішню захисну оболонку білка, яка називається ексіном, і внутрішню захисну оболонку іншого білка - інтину. Багато видів рослин можна ідентифікувати за схемою, яка розвивається на внутрішньому покритті пилкових зерен.

Остаточний розвиток пилкового зерна відбувається при "проростанні" пилкової трубки, це відбувається лише після того, як пилкове зерно відкладається на клейма квітки, який згодом запилиться.

Список літератури

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Жіночий та чоловічий гаметогенез. У клінічній репродуктивній медицині та хірургії (с. 19-45). Спрингер, Чам.
2. Hilscher, W., & Hilscher, B. (1976). Кінетика чоловічого гаметогенезу. Андрологія, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Молекулярний аналіз чоловічого гаметогенезу у рослин. Тенденції в генетиці, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, січень). Утворення гамет скидає годинник старіння в дріжджах. У симпозіумах з кількісної біології в холодній весняній гавані (т. 76, с. 73-80). Лабораторна преса холодної весни.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (ред.). (2012 р.). Ультраструктура розмноження: гаметогенез, запліднення та ембріогенез (т. 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ, & Amon, A. (2011). Регулювання вступу в гаметогенез. Філософські трансакції Королівського товариства B: Біологічні науки, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA, & Yang, C. (2004). Гаметогенез рослин: збереження та протиставлення розвитку. Репродукція, 128 (5), 483-492.