CE ESTE GAMETOGENEZA? PROCES ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Gametogeneza este formarea de gameți sau celule sexuale în organismele vii. Acest proces permite indivizilor să transforme și să transmită o parte din modificările temporare ale expresiei genelor lor, care au fost „induse” de semnale externe, urmașilor lor.

Toți indivizii care au reproducere sexuală produc în mod regulat două tipuri de celule germinale care sunt numite „gameti”. Aceste celule nu se pot dezvolta direct ca sporii ciupercilor, adică nu pot da naștere întotdeauna, singure, unui nou individ.

Schema reprezentativă a gametogenezei feminine și masculine (Sursa: Elversberg prin Wikimedia Commons)

Ambele tipuri de celule, gametul masculin și gametul feminin, trebuie să fuzioneze între ele într-un eveniment cunoscut sub numele de „fertilizare”. Numai după fertilizare, produsul celular al acestei fuziuni, zigotul, poate da naștere unui nou individ.

Gametele unui număr mare de animale sunt sintetizate din gonade, care sunt organe strict specializate în această funcție. Gonadele au un epiteliu germinativ cu celule numite „gonii”, cărora le datorează numele. Gonii sunt morfologic identici la ambele sexe. Cu toate acestea, la bărbați aceștia sunt numiți „spermatogonie”, iar la femei sunt numiți „oogonia”.

Gametogeneza cuprinde atât spermatogeneza cât și oogeneza și ambele procese sunt omoloage, împărțind trei etape fundamentale pentru formarea gameților.

Gametogeneza se distinge pentru a fi un proces de diviziune celulară prin care sarcina cromozomială a unui individ este redusă la jumătate, ceea ce este posibil datorită diviziunii meiotice, unde apar două segregări cromozomiale consecutive.

Producția de celule sexuale la un animal sau o plantă depinde de mai mulți factori, printre care se evidențiază expresia diferențială a unor gene care codifică „instrucțiunile” necesare atât pentru divizarea celulelor, cât și pentru modificarea acestora. morfogenetic corespunzător.

Gametogeneza masculină

Gametogeneza masculină este procesul prin care spermatogonia se maturizează și se diferențiază în spermă. Acesta este un proces complex în care celulele stem totipotențiale se împart pentru a produce celule fiice care vor deveni spermatozoizi.

În majoritatea vieților care au gametogeneză masculină, aceasta nu are loc până la o anumită vârstă de dezvoltare. În cazul oamenilor, începe să apară în perioada pubertății și continuă tot restul vieții.

Gametogeneza masculină la multe animale, inclusiv omul, se numește „spermatogeneză” și constă în trei etape: proliferare mitotică, proliferare miiotică și remodelare celulară.

Proces

Spermatogeneza începe cu o mitoză care crește numărul de spermatogonie. Spermatogonia este o populație de celule aflate într-o diviziune mitotică constantă, deoarece sunt responsabile de reînnoirea celulelor stem pentru a genera spermatozoizi.

Astfel, procesul mitotic în gametogeneza masculină este crucial pentru proliferarea și menținerea spermatogoniei.

O parte din spermatogonia cauzată de mitoză crește în dimensiuni pentru a deveni spermatocite primare. Fiecare spermatocit primar suferă o reducere a încărcăturii cromozomiale printr-o primă diviziune meiotică (meioza I) rezultând două spermatocite secundare.

Spermatocitele secundare intră într-o a doua diviziune meiotică (meioza II), dar în această interfață nu se produce (încărcarea cromozomială nu este împărțită din nou), astfel încât celulele rezultate au aceeași încărcătură cromozomială, adică sunt haploide.

Celulele haploide rezultate sunt numite spermatide și fiecare poate conține doar cromozomii de origine maternă sau paternă sau un amestec de proporții diferite ale cromozomilor ambilor părinți.

Spermatidele intră într-un proces numit "spermiogeneză", în care suferă diverse modificări morfologice, își condensează cromozomii, își prelungesc flagelul, își reduc conținutul de citoplasmă și, în final, devin spermatozoizi maturi (deși maturizarea, în multe cazuri, culminează în timp ce acestea sunt eliberate în tractul reproducător feminin).

Caracteristici

În ciuda faptului că spermatogeneza are loc continuu de-a lungul vieții de reproducere a unui animal adult, acest proces are scopul unic de a produce celulele prin care informațiile sale genetice vor fi transmise descendenților, ceea ce va fi posibil numai pentru prin reproducerea sexuală cu o femelă din aceeași specie.

În plus, acest lucru permite masculilor speciilor să amestece informația genetică a predecesorilor lor și a lor cu cea a femelei pentru a crește variabilitatea genetică a urmașilor.

Această abilitate de a amesteca informațiile genetice ajută speciile să dobândească calități importante care le pot ajuta să depășească schimbările sau condițiile nefavorabile din mediul în care trăiesc.

Gametogeneza feminină

Gametogeneza sau oogeneza feminină a fost unul dintre cele mai studiate procese din istoria umanității. Oamenii de știință din diverse domenii precum medicină, biologie, economie, sociologie și politici publice etc. și-au dedicat studiul.

Medicul englez William Harvey a formulat o frază faimoasă despre oogeneză care scrie: „tot ceea ce este viu vine de la ou”.

De-a lungul vieții multor animale de sex feminin, sunt produse aproximativ 1 până la 2 milioane de ovocite, dar doar 300 până la 400 dintre ovocite se maturizează și sunt „ovulate”. La femelele multor specii de animale, după pubertate, în fiecare lună se dezvoltă unul sau mai multe oogonii, formând ovule mature.

Proces

Celulele germinale ale ovarului, numite oogonia sau oogonia, cresc în număr prin mitoză. Fiecare oogonie rezultată are același număr de cromozomi ca celelalte celule somatice. Odată ce oogonia încetează să se înmulțească, acestea cresc ca mărime și devin ovocite primare.

Înainte de apariția primei diviziuni meiotice, cromozomii din ovocitele primare sunt asociați cu cromozomii lor omologi, jumătate moșteniți de la mamă și jumătate de la tată.

Reprezentarea ciclului menstrual. 1) Menstruația; 2) Maturizarea foliculului; 3) Folicul matur; 4) Corpus luteum și 5) Degradarea corpusului luteum (Sursa: M.Komorniczak, prin Wikimedia Commons)

Atunci apare prima diviziune „reducere” sau maturizare, adică prima meioză. Această diviziune are ca rezultat două celule, o celulă cu jumătate din materialul genetic, cu un conținut citoplasmatic slab și cunoscută sub numele de „primul corp polar”.

A doua celulă rezultată din prima meioză este mare și mult mai bogată în conținut citoplasmic decât corpul polar, în plus, această celulă are cealaltă jumătate a conținutului genetic al ovocitului primar care a dat naștere. Această a doua celulă este numită „ovocit secundar”.

În a doua diviziune meiotică, ovocitul secundar și primul corp polar se împart, formând un „ovotid” mare și, respectiv, trei corpuri polare mici. Ovotidul crește și se transformă pentru a da naștere unui ovul matur.

Corpurile polare nu sunt funcționale și ajung să se dezintegreze, dar formarea lor este necesară pentru a descărca ovulul „excesului” de cromozomi. La rândul său, divizia citoplasmatică inegală permite producerea unei celule mari cu suficient material de rezervă pentru dezvoltarea unui nou individ.

Caracteristici

Ca și gametogeneza masculină, gametogeneza feminină are scopul final de a produce gametul feminin. Cu toate acestea, acest gamet are caracteristici și funcții diferite decât gametul masculin.

Ca și în sinteza gametelor masculine, gametii de sex feminin amestecă și informațiile genetice ale părinților și ale individului care le produce pentru a transmite aceste informații și, în același timp, crește variabilitatea genetică a urmașilor lor.

În ciuda faptului că, în gametogeneza feminină, ovocitele primare dau naștere unui singur ova funcțional (gametul feminin), acestea au tot materialul nutritiv pentru a da naștere noului individ odată ce are loc fertilizarea.

Este de remarcat faptul că, la om, de exemplu, gametogeneza feminină este un proces continuu de la pubertate, dar este finită, adică la fătul unui copil de sex feminin, toate ovocitele primare pe care le va avea o femeie sunt formate în toată viața lor, care se „pierd” cu menstruația în fiecare lună.

Gametogeneza la plante

Doar la plantele superioare se vorbește despre gametogeneză corectă, iar procesul la plante este destul de similar cu cel al animalelor.

Principala diferență este că plantele au capacitatea de a produce gameți într-un stadiu tardiv de dezvoltare, ceea ce nu a fost predeterminat anterior, în timp ce, la animale, formarea de gameți este limitată la regiuni specifice care au fost stabilite în timpul Dezvoltarea embrionară.

Gamtogeneză în plante cu flori (Sursa: Pablo damiani2 prin Wikimedia Commons)

O altă caracteristică importantă este că, deși fertilitatea gameților poate fi foarte frecvent afectată de mutațiile genetice, aceste mutații sunt rareori letale pentru urmași.

La plantele superioare, gametele masculin și feminin sunt bobul de polen, respectiv ovulul. Atât ovulul, cât și bobul de polen sunt sesile (imobile) și se găsesc în fiecare dintre gametofiții lor corespunzători (care sunt analogi gonadelor).

Gametogeneza feminină

La plantele cu flori, locurile de producție a ovulelor sunt cunoscute sub numele de "megasporangia" și se găsesc în interiorul unui ovar care conține unul sau mai multe ovule. Fiecare ovul este format dintr-un megasporangium numit nucelă și este înconjurat de una sau mai multe integumente.

Integrele se reunesc la un capăt pentru a forma microfilul, o deschidere prin care pătrunde tubul de polen al bobului de polen. În cadrul megasporangiei, o celulă cunoscută sub numele de „megasporocit” acționează ca celula mamă a megasporei (ovulul).

Megasporocitul este supus meiozei și formează patru megasporane haploide. De obicei, trei dintre megaspores se dezintegrează, iar cea mai îndepărtată de microfil supraviețuiește și devine megagametofitul.

În majoritatea angiospermelor, megagametofitul în curs de dezvoltare produce opt nuclei. Patru nuclee trec la un capăt al oului și ceilalți patru trec la celălalt. Un nucleu de la fiecare dintre capete migrează spre centrul ovulului, acestea fiind cunoscute sub numele de „nuclee polare”.

Nucleii rămași la fiecare capăt formează celule și una dintre aceste celule în apropierea microfilului se va transforma într-o celulă de ou matură.

Megagametofitul matur este format din 8 nuclei din 7 celule diferite. Acest lucru este cunoscut și sub denumirea de „sac de embrion”, deoarece embrionul se dezvoltă în interior după ce apare fertilizarea.

Gametogeneza masculină

Cerealele de polen sau microgametofitele sunt produse și depuse în staminele florii. Fiecare stamin are o anteră și fiecare furnică are de obicei patru microsporangii, care sunt cunoscute sub numele de saci de polen.

În interiorul fiecărui sac de polen se află celulele stem ale microsporelor, adică ale boabelor de polen. Toate celulele stem sunt supuse unui proces meiotic și din fiecare celulă stem sunt produse patru microspoane haploide.

Microsporesele se dezvoltă și se dezvoltă într-un bob de polen imatur. Aceste boabe de polen imatur au o celulă din care apare „tubul de polen” și o celulă generativă, care va produce două celule spermatozoide.

Înainte de a fi eliberat polenul din furnică, el dezvoltă o coajă de protecție exterioară a unei proteine ​​numite exin și o coajă de protecție interioară a altei proteine, intina. Multe specii de plante pot fi identificate prin modelul care se dezvoltă pe acoperirea interioară a boabelor de polen.

Dezvoltarea finală a boabelor de polen are loc cu „germinarea” tubului de polen, acest lucru se produce numai după ce boabele de polen sunt depuse pe stigmatul florii care va poleniza ulterior.

Referințe

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Gametogeneza feminină și masculină. În medicina reproductivă și chirurgie clinică (pp. 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., & Hilscher, B. (1976). Cinetica gametogenezei masculine. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Analiza moleculară a gametogenezei masculine la plante. Tendințe în genetică, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, ianuarie). Formarea de gamete resetează ceasul de îmbătrânire din drojdie. În simpozioanele Cold Spring Harbor despre biologia cantitativă (Vol. 76, p. 73-80). Presa de laborator Cold Spring Harbor.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (Eds.). (2012). Ultrastructura reproducerii: gametogeneză, fertilizare și embriogeneză (vol. 2). Springer Media științifică și de afaceri.
6. Van Werven, FJ, și Amon, A. (2011). Reglarea intrării în gametogeneză. Tranzacții filosofice ale Royal Society B: Științe biologice, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA, & Yang, C. (2004). Gametogeneza vegetală: conservare și contraste în dezvoltare. Reproducere, 128 (5), 483-492.