ŠTO JE GAMETOGENEZA? PROCES I FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Gametogeneze je formiranje spolnih stanica ili spolnih stanica u živim organizmima. Ovaj postupak omogućuje pojedincima da transformiraju i prenose neke privremene promjene u izražavanju svojih gena, koje su "inducirane" vanjskim signalima, na svoje potomstvo.

Svi pojedinci koji imaju spolnu reprodukciju redovito proizvode dvije vrste zametnih stanica koje se zovu "gamete". Te se stanice ne mogu razvijati izravno poput spora gljiva, to jest, ne mogu uvijek sami potaknuti novog pojedinca.

Reprezentativna shema ženske i muške gametogeneze (Izvor: Elversberg via Wikimedia Commons)

Obje vrste stanica, muška gameta i ženska gameta, moraju se stopiti jedna s drugom u slučaju poznatom kao "oplodnja". Tek nakon oplodnje, stanični produkt ove fuzije, zigota, može roditi novu jedinku.

Gamete velikog broja životinja sintetizirane su iz spolnih žlijezda, organa koji su strogo specijalizirani za tu funkciju. Gonade imaju germinativni epitel sa stanicama nazvanim "gonias", kojima i duguju svoje ime. Gonije su morfološki jednake kod oba spola. Međutim, u muškaraca se to naziva "spermatogonija", a kod žena se naziva "oogonia".

Gametogeneza obuhvaća i spermatogenezu i oogenezu, a oba su procesa homološka, ​​dijeleći tri temeljna koraka za formiranje gameta.

Gametogeneza se razlikuje po tome što je proces stanične diobe kroz koji se kromosomsko opterećenje jedinke smanjuje za polovinu, što je moguće zahvaljujući mejotičkoj podjeli, gdje se događaju dvije uzastopne kromosomske segregacije.

Proizvodnja spolnih stanica u životinji ili biljci ovisi o nekoliko čimbenika, među kojima se ističu različita ekspresija nekih gena koji kodiraju "upute" potrebne kako za stanične podjele, tako i za promjene koje treba pokrenuti. odgovarajući morfogenetski.

Muška gametogeneza

Muška gametogeneza je proces kojim spermatogonija sazrijeva i diferencira se u spermu. Ovo je složen proces u kojem se totipotencijalne matične stanice dijele da bi stvorile kćerne stanice koje će postati sperme.

U većini živih bića koja imaju mutagenezu mužjaka to se događa do određene razvojne dobi. Kod ljudi se počinje događati tijekom puberteta i nastavlja se do kraja života.

Muška gametogeneza kod mnogih životinja, uključujući čovjeka, naziva se "spermatogeneza" i sastoji se od tri koraka: mitotička proliferacija, mejotska proliferacija i pregradnja stanica.

Postupak

Spermatogeneza započinje mitozom koja povećava broj spermatogonije. Spermatogonije su populacija stanica koje su u stalnom mitotskom odjeljenju, budući da su one zadužene za obnavljanje matičnih stanica da bi nastale sperme.

Stoga je mitotski proces u muškoj gametogenezi ključan za proliferaciju i održavanje spermatogonije.

Neke od spermatogonija uzrokovanih mitozama povećavaju se u veličini i postaju primarni spermatociti. Svaki primarni spermatocit prolazi kroz smanjenje kromosomskog opterećenja kroz prvu mejotsku podjelu (mejoza I), što rezultira u dva sekundarna spermatocita.

Sekundarni spermatociti ulaze u drugu mejotsku podjelu (mejoza II), ali u ovom se ne događa sučelje (kromosomsko opterećenje se opet ne dijeli), tako da rezultirajuće stanice imaju isto kromosomsko opterećenje, to jest da su haploidne.

Rezultirajuće haploidne stanice nazivaju se spermatide i svaka može sadržavati samo kromosome majčinskog ili očevog podrijetla ili mješavinu različitih udjela kromosoma oba roditelja.

Spermatidi ulaze u proces zvan "spermiogeneza", u kojem podliježu raznim morfološkim promjenama, kondenziraju svoje kromosome, produžuju flagellum, smanjuju im citoplazmatski sadržaj i, konačno, postaju zreli spermiji (iako sazrijevanje, u mnogim slučajevima, kulminira dok se one oslobađaju u ženskom reproduktivnom traktu).

Značajke

Unatoč činjenici da se spermatogeneza događa kontinuirano tijekom reproduktivnog života odrasle životinje, ovaj proces ima jedinu svrhu proizvodnje stanica putem kojih će se njegove genetske informacije prenijeti potomstvu, što će biti moguće samo seksualnom reprodukcijom s ženkom iste vrste.

Osim toga, to omogućuje mužjacima vrsta da izmiješaju genetičke informacije svojih prethodnika i njihove vlastite s onim ženkama kako bi povećali genetsku varijabilnost potomstva.

Ova sposobnost miješanja genetskih informacija pomaže vrstama da steknu važne osobine koje im mogu pomoći u prevladavanju promjena ili nepovoljnih uvjeta u okruženju u kojem žive.

Ženska gametogeneza

Ženska gametogeneza ili oogeneza jedan je od najgledanijih procesa u povijesti čovječanstva. Znanstvenici iz različitih područja poput medicine, biologije, ekonomije, sociologije i javne politike itd. Posvetili su se njegovom istraživanju.

Engleski liječnik William Harvey formulirao je čuvenu frazu o oogenezi koja glasi: „sve živo dolazi iz jajeta“.

Tijekom životnog vijeka mnogih ženskih životinja nastaje oko 1 do 2 milijuna oocita, ali samo 300 do 400 oocita sazrijeva i "ovulira". U ženki mnogih životinjskih vrsta nakon puberteta razvija se jedna ili više oogonija svakog mjeseca, tvoreći zrele ovule.

Postupak

Klice jajnika, nazvane oogonija ili oogonija, povećavaju se brojom mitozom. Svaka rezultirajuća oogonija ima isti broj kromosoma kao i ostale somatske stanice. Jednom kada se oogonija prestane množiti, oni postaju veličine i postaju primarni oociti.

Prije nego što se dogodi prva mejotska podjela, kromosomi u primarnim oocitima su upareni s njihovim homolognim kromosomima, pola naslijeđenih od majke, a pola od oca.

Zastupanje menstrualnog ciklusa. 1) Menstruacija; 2) sazrijevanje folikula; 3) zreli folikul; 4) Corpus luteum i 5) Degradacija lutesa corpus (Izvor: M.Komorniczak, putem Wikimedia Commons)

Tada dolazi do prve "redukcijske" ili podjele sazrijevanja, to jest prve mejoze. Ova dioba rezultira u dvije stanice, jedna stanica sa polovicom genetskog materijala, lošeg citoplazmatskog sadržaja i poznata kao "prvo polarno tijelo".

Druga stanica koja je posljedica prve mejoze velika je i mnogo bogatija citoplazmatskim sadržajem od polarnog tijela, osim toga, ova stanica ima drugu polovicu genetskog sadržaja primarnog oocita koji ju je stvorio. Ova druga stanica naziva se "sekundarna oocita".

U drugoj mejotskoj podjeli sekundarni oocit i prvo polarno tijelo se dijele, tvoreći jedno veliko "ovotidno" i tri mala polarna tijela. Ovatid raste i transformira se kako bi se stvorio zreo jajnik.

Polarna tijela nisu funkcionalna i na kraju se raspadaju, ali njihovo je stvaranje potrebno da bi se u jajovod ispraznilo "višak" kromosoma. Zauzvrat, neravnomjerna citoplazmatska podjela omogućuje stvaranje velike stanice s dovoljno rezervnog materijala za razvoj nove jedinke.

Značajke

Poput muške gametogeneze, ženski gametogeneza ima krajnji cilj stvaranja ženske gamete. Međutim, ova gameta ima različite karakteristike i funkcije od muške gamete.

Kao i u sintezi muških gameta, ženske gamete također miješaju genetske informacije roditelja i pojedinca koja ih proizvodi za prijenos navedenih informacija i istodobno povećavaju genetsku varijabilnost njihovog potomstva.

Unatoč činjenici da u ženskoj gametogenezi, primarni oociti daju jedinstvenu funkcijsku jajovod (žensku gametu), oni imaju sve hranjive tvari da mogu roditi novu jedinku nakon što se oplodnja dogodi.

Primjetno je da je kod ljudi, na primjer, ženska gametogeneza kontinuirani proces od puberteta, ali konačan je, tj. U plodu ženke ženskog spola, svi primarni oociti koje će žena imati formirani su u čitav svoj život, koji se "mjesečno" gube s menstruacijom.

Gametogeneza u biljkama

Samo u višim biljkama se govori o pravilnoj gametogenezi i postupak u biljkama je prilično sličan onome u životinjama.

Glavna razlika je u tome što biljke imaju sposobnost stvaranja gameta u kasnoj fazi razvoja, što ranije nije bilo unaprijed određeno, dok je kod životinja stvaranje gameta ograničeno na specifične regije koje su uspostavljene tijekom embrionalni razvoj.

Gamtogeneza u cvjetnim biljkama (Izvor: Pablo damiani2 putem Wikimedia Commons)

Druga važna karakteristika je da iako plodnost gameta može biti često pogođena genetskim mutacijama, ove su mutacije rijetko smrtonosne za potomstvo.

U višim biljkama muške i ženske gamete su peludno zrno i ovula. I ovula i peludno zrno su sjedeći (nepokretni) i nalaze se unutar svakog odgovarajućeg gametofita (koji su analogni gonadima).

Ženska gametogeneza

U cvjetnim biljkama mjesta nastanka ovule poznata su kao "megasporangia" i nalaze se unutar jajnika koji sadrži jednu ili više ovula. Svaka ovula je sastavljena od megasporangija koji se naziva nucela i okružen je jednim ili više cjelina.

Pokrovnici se na jednom kraju sastavljaju i tvore mikropile, otvor kroz koji će prodirati peludna cijev peludnog zrna. Unutar megasporangije, stanica poznata kao "megasporocit" djeluje kao matična stanica megaspora (ovula).

Megasporocit se podvrgava mejozi i tvori četiri haploidne megaspore. Tri megaspore obično se raspadaju, a ona koja je najudaljenija od mikropilera preživi i postane megagametofit.

U većini angiospermija megagametofit se razvija u osam jezgara. Četiri jezgre idu na jedan kraj jajeta, a ostale četiri idu na drugi. Jezgra svakog od krajeva migriraju prema središtu ovule, to su poznate kao "polarne jezgre".

Preostale jezgre na svakom kraju tvore stanice, a jedna od tih stanica u blizini mikropile razvit će se u zrelu jajnu ćeliju.

Zreli megagametofit se sastoji od 8 jezgara u 7 različitih stanica. To je poznato i kao "vrećica embrija", jer se zametak razvija iznutra nakon što dođe do oplodnje.

Muška gametogeneza

Peludna zrnca ili mikrogametofiti nastaju i smeštaju se u stabljike cvijeta. Svaka stabljika ima anther, a svaka mravinjak obično ima četiri mikrosporangije, poznate kao peludni vrećici.

Unutar svakog peludnog vrećica nalaze se matične stanice mikrospora, tj. Peludnih zrnaca. Sve matične stanice prolaze mejotski proces, a iz svake matične stanice nastaju četiri haploidne mikrospore.

Mikrospore rastu i razvijaju se u nezrelo peludno zrno. Ta nezrela peludna zrnca imaju stanicu iz koje proizlazi "peludna cijev" i generativnu ćeliju, koja će proizvoditi dvije stanice sperme.

Prije nego što se pelud oslobodi iz prašine, razvija vanjsku zaštitnu ljusku proteina koja se zove eksin i unutarnju zaštitnu ljusku drugog proteina, intina. Mnoge vrste biljaka mogu se prepoznati po obrascu koji se razvija na unutarnjoj oblozi peludnih zrnaca.

Konačni razvoj peludnog zrna događa se s "klijanjem" cvjetne peludne cijevi, što se događa tek nakon što se peludno zrno položi na stigmu cvijeta koji će naknadno oprašiti.

Reference

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Ženska i muška gametogeneza. U kliničkoj reproduktivnoj medicini i kirurgiji (str. 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., i Hilscher, B. (1976). Kinetika muške gametogeneze. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Molekularna analiza muške gametogeneze u biljkama. Trendovi u genetici, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, siječanj). Formiranje gameta resetira sat starenja u kvascima. U simpozijima o kvantitativnoj biologiji u Hladnom proljeću (Vol. 76, str. 73-80). Laboratorijska presa hladne proljeće.
5. Van Blerkom, J., i Motta, P. (ur.). (2012). Ultrastruktura reprodukcije: Gametogeneza, gnojidba i embriogeneza (svezak 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ, i Amon, A. (2011). Regulacija ulaska u gametogenezu. Filozofske transakcije Kraljevskog društva B: Biological Sciences, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA, & Yang, C. (2004). Gametogeneza biljaka: očuvanje i kontrasti u razvoju. Reprodukcija, 128 (5), 483-492.