ЧТО ТАКОЕ ГАМЕТОГЕНЕЗ? ПРОЦЕСС И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Гаметогенеза является формирование гамет или половых клеток в живых организмах. Этот процесс позволяет людям трансформировать и передавать своим потомкам некоторые временные изменения в экспрессии своих генов, которые были «индуцированы» внешними сигналами.

Все люди, имеющие половое размножение, регулярно производят два вида половых клеток, которые называются «гаметы». Эти клетки не могут развиваться напрямую, как споры грибов, то есть они не всегда могут сами по себе дать начало новому человеку.

Типичная схема женского и мужского гаметогенеза (Источник: Эльверсберг через Wikimedia Commons)

Оба типа клеток, мужская и женская гамета, должны сливаться друг с другом в процессе, известном как «оплодотворение». Только после оплодотворения клеточный продукт этого слияния, зигота, может дать начало новому человеку.

Гаметы большого числа животных синтезируются из гонад, органов, строго специализирующихся на этой функции. Гонады имеют зародышевый эпителий с клетками, называемыми «гониями», которым они обязаны своим названием. Гонии морфологически одинаковы у обоих полов. Однако у мужчин они называются «сперматогониями», а у женщин - «оогониями».

Гаметогенез охватывает как сперматогенез, так и оогенез, и оба процесса гомологичны, разделяя три основных этапа формирования гамет.

Гаметогенез отличается тем, что представляет собой процесс деления клеток, посредством которого хромосомная нагрузка человека снижается наполовину, что возможно благодаря мейотическому делению, при котором происходят два последовательных хромосомных разделения.

Производство половых клеток у животных или растений зависит от нескольких факторов, среди которых выделяется дифференциальная экспрессия некоторых генов, которые кодируют «инструкции», необходимые как для деления клеток, так и для инициирования изменений. соответствующий морфогенетический.

Мужской гаметогенез

Мужской гаметогенез - это процесс, при котором сперматогонии созревают и дифференцируются в сперматозоиды. Это сложный процесс, в котором общие потенциальные стволовые клетки делятся с образованием дочерних клеток, которые становятся сперматозоидами.

У большинства живых существ, имеющих мужской гаметогенез, этого не происходит до определенного возраста развития. У людей это начинается в период полового созревания и продолжается всю оставшуюся жизнь.

Мужской гаметогенез у многих животных, включая человека, называется «сперматогенезом» и состоит из трех этапов: митотическая пролиферация, мейотическая пролиферация и ремоделирование клеток.

Обработать

Сперматогенез начинается с митоза, в результате которого увеличивается количество сперматогониев. Сперматогонии - это популяция клеток, которые находятся в постоянном митотическом делении, так как они отвечают за обновление стволовых клеток для образования сперматозоидов.

Таким образом, митотический процесс в мужском гаметогенезе имеет решающее значение для пролиферации и поддержания сперматогоний.

Некоторые сперматогонии, вызванные митозом, увеличиваются в размерах и становятся первичными сперматоцитами. Каждый первичный сперматоцит подвергается снижению хромосомной нагрузки посредством первого мейотического деления (мейоз I), в результате чего образуются два вторичных сперматоцита.

Вторичные сперматоциты входят во второе мейотическое деление (мейоз II), но при этом не происходит никакого взаимодействия (хромосомная нагрузка не делится снова), поэтому полученные клетки имеют одинаковую хромосомную нагрузку, то есть они гаплоидны.

Получающиеся гаплоидные клетки называются сперматидами, и каждая может содержать только хромосомы материнского или отцовского происхождения или смесь хромосом в различных пропорциях от обоих родителей.

Сперматиды вступают в процесс, называемый «спермиогенезом», в котором они претерпевают различные морфологические изменения, конденсируют свои хромосомы, удлиняют жгутик, уменьшают содержание цитоплазмы и, наконец, становятся зрелыми сперматозоидами (хотя во многих случаях созревание, достигает высшей точки, когда они высвобождаются в женском репродуктивном тракте).

Характеристики

Несмотря на то, что сперматогенез происходит непрерывно на протяжении репродуктивной жизни взрослого животного, единственная цель этого процесса - производство клеток, через которые его генетическая информация будет передаваться потомству, что будет возможно только для через половое размножение самкой того же вида.

Кроме того, это позволяет самцам вида смешивать генетическую информацию своих предшественников и свою собственную с генетической информацией самок для увеличения генетической изменчивости потомства.

Эта способность смешивать генетическую информацию помогает видам приобретать важные качества, которые могут помочь им преодолевать изменения или неблагоприятные условия в среде, в которой они живут.

Женский гаметогенез

Женский гаметогенез или оогенез был одним из наиболее изученных процессов на протяжении всей истории человечества. Ученые из различных областей, таких как медицина, биология, экономика, социология, государственная политика и т. Д., Посвятили себя ее изучению.

Английский врач Уильям Харви сформулировал знаменитую фразу об обогенезе, которая гласит: «все живое происходит из яйца».

В течение жизни многих самок животных продуцируется от 1 до 2 миллионов ооцитов, но только от 300 до 400 ооцитов созревают и «овулируют». У самок многих видов животных после полового созревания каждый месяц развивается одна или несколько оогоний, образуя зрелые семяпочки.

Обработать

Половые клетки яичника, называемые оогониями или оогониями, увеличиваются в количестве за счет митоза. Каждая полученная оогония имеет такое же количество хромосом, как и другие соматические клетки. Как только оогонии перестают размножаться, они увеличиваются в размерах и становятся первичными ооцитами.

Перед тем, как происходит первое мейотическое деление, хромосомы в первичных ооцитах спариваются со своими гомологичными хромосомами, наполовину унаследованными от матери, а половина - от отца.

Изображение менструального цикла. 1) менструация; 2) Созревание фолликула; 3) Зрелый фолликул; 4) желтое тело и 5) деградация желтого тела (Источник: М.Коморничак, через Wikimedia Commons)

Затем происходит первое «редукционное» деление или деление созревания, то есть первый мейоз. В результате этого деления образуются две клетки, одна клетка с половиной генетического материала, с низким содержанием цитоплазмы и известная как «первое полярное тело».

Вторая клетка, образовавшаяся в результате первого мейоза, большая и намного богаче цитоплазматическим содержимым, чем полярное тельце, кроме того, эта клетка имеет другую половину генетического содержимого первичного ооцита, который ее породил. Эта вторая клетка называется «вторичным ооцитом».

Во втором мейотическом делении вторичный ооцит и первое полярное тельце делятся, образуя одно большое «овотид» и три маленьких полярных тельца соответственно. Овотид растет и трансформируется, давая начало зрелой яйцеклетке.

Полярные тельца не функционируют и в конечном итоге распадаются, но их образование необходимо для того, чтобы освободить яйцеклетку от «избытка» хромосом. В свою очередь, неравномерное деление цитоплазмы позволяет производить большую клетку с достаточным запасом материала для развития новой особи.

Характеристики

Как и мужской гаметогенез, конечной целью женского гаметогенеза является производство женской гаметы. Однако эта гамета имеет другие характеристики и функции, чем мужская гамета.

Как и в случае синтеза мужских гамет, женские гаметы также смешивают генетическую информацию родителей и человека, который их производит, для передачи этой информации и, в то же время, увеличивают генетическую изменчивость их потомства.

Несмотря на то, что в женском гаметогенезе первичные ооциты дают начало единственной функциональной яйцеклетке (женской гамете), у них есть весь питательный материал, чтобы дать начало новому человеку после оплодотворения.

Примечательно, что у людей, например, женский гаметогенез - это непрерывный процесс с момента полового созревания, но он конечен, то есть у плода женского ребенка все первичные ооциты, которые будут у женщины, формируются в всю свою жизнь, которые ежемесячно «теряются» с менструацией.

Гаметогенез у растений

Только у высших растений говорят о собственно гаметогенезе, а процесс у растений очень похож на таковой у животных.

Основное отличие состоит в том, что растения обладают способностью производить гаметы на поздней стадии развития, которая не была заранее предопределена, в то время как у животных образование гамет ограничено определенными областями, которые были установлены во время эмбриональное развитие.

Гамтогенез у цветковых растений (Источник: Pablo damiani2 через Wikimedia Commons)

Другой важной характеристикой является то, что, хотя на фертильность гамет очень часто могут влиять генетические мутации, эти мутации редко бывают летальными для потомства.

У высших растений мужские и женские гаметы представляют собой пыльцевое зерно и семяпочку соответственно. И семяпочка, и пыльцевое зерно сидячие (неподвижные) и находятся внутри каждого из соответствующих им гаметофитов (которые аналогичны гонадам).

Женский гаметогенез

У цветковых растений участки образования семяпочек известны как «мегаспорангии» и находятся в завязи, содержащей одну или несколько семяпочек. Каждая семяпочка состоит из мегаспорангия, называемого нуцелой, и окружена одним или несколькими покровами.

Покровы соединяются на одном конце, образуя микропиле, отверстие, через которое будет проникать пыльцевая трубка пыльцевого зерна. Внутри мегаспорангии клетка, известная как «мегаспороцит», действует как материнская клетка мегаспоры (яйцеклетки).

Мегаспороцит подвергается мейозу и образует четыре гаплоидных мегаспоры. Три мегаспоры обычно распадаются, а одна, наиболее удаленная от микропиле, выживает и становится мегагаметофитом.

У большинства покрытосеменных развивающийся мегагаметофит дает восемь ядер. Четыре ядра идут в один конец яйца, а четыре других - в другой. Ядро с каждого из концов мигрирует к центру семяпочки, они известны как «полярные ядра».

Оставшиеся ядра на каждом конце образуют клетки, и одна из этих клеток около микропиле разовьется в зрелую яйцеклетку.

Зрелый мегагаметофит состоит из 8 ядер в 7 разных клетках. Это также известно как «зародышевый мешок», поскольку зародыш развивается внутри после оплодотворения.

Мужской гаметогенез

Пыльцевые зерна или микрогаметофиты образуются и оседают в тычинках цветка. У каждой тычинки есть пыльник, и каждый пыльник обычно имеет четыре микроспорангии, которые известны как пыльцевые мешочки.

Внутри каждого пыльцевого мешка находятся стволовые клетки микроспор, то есть пыльцевых зерен. Все стволовые клетки подвергаются мейотическому процессу, и из каждой стволовой клетки образуются четыре гаплоидные микроспоры.

Микроспоры разрастаются и превращаются в незрелые пыльцевые зерна. У этих незрелых пыльцевых зерен есть клетка, из которой возникает «пыльцевая трубка», и генеративная клетка, которая производит две сперматозоиды.

Прежде чем пыльца высвобождается из пыльника, она образует внешнюю защитную оболочку из белка, называемого экзином, и внутреннюю защитную оболочку из другого белка, интина. Многие виды растений можно идентифицировать по рисунку, который развивается на внутреннем покрове пыльцевых зерен.

Окончательное развитие пыльцевого зерна происходит с «прорастанием» пыльцевой трубки, это происходит только после того, как пыльцевое зерно откладывается на рыльце цветка, который впоследствии будет опыляться.

Ссылки

1. Десаи, Н., Лудгин, Дж., Шарма, Р., Анируд, Р.К., и Агарвал, А. (2017). Женский и мужской гаметогенез. В клинической репродуктивной медицине и хирургии (стр. 19-45). Спрингер, Чам.
2. Hilscher, W., & Hilscher, B. (1976). Кинетика мужского гаметогенеза. Андрология, 8 (2), 105-116.
3. Маккормик, С. (1991). Молекулярный анализ мужского гаметогенеза у растений. Тенденции в генетике, 7 (9), 298-303.
4. Юнал, Э., и Амон, А. (2011, январь). Образование гамет сбрасывает часы старения дрожжей. В симпозиумах Колд-Спринг-Харбор по количественной биологии (том 76, стр. 73-80). Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор.
5. Ван Блерком, Дж., И Мотта, П. (ред.). (2012). Ультраструктура репродукции: гаметогенез, оплодотворение и эмбриогенез (Том 2). Springer Science & Business Media.
6. Ван Вервен, Ф.Дж., и Амон, А. (2011). Регуляция вступления в гаметогенез. Философские труды Королевского общества B: Биологические науки, 366 (1584), 3521-3531.
7. Уилсон, З.А., и Янг, К. (2004). Гаметогенез растений: сохранение и контрасты в развитии. Репродукция, 128 (5), 483-492.