ČO JE GAMETOGENÉZA? PROCES A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2025

Gametogenézu je tvorba gamét alebo pohlavných buniek v živých organizmoch. Tento proces umožňuje jednotlivcom transformovať a prenášať niektoré z dočasných zmien v expresii svojich génov, ktoré boli „indukované“ externými signálmi, ich potomkom.

Všetci, ktorí majú sexuálnu reprodukciu, pravidelne vytvárajú dva druhy zárodočných buniek, ktoré sa nazývajú gaméty. Tieto bunky sa nemôžu vyvíjať priamo ako spóry húb, to znamená, že nemôžu samy o sebe viesť k novému jedincovi.

Reprezentatívna schéma gametogenézy žien a mužov (Zdroj: Elversberg prostredníctvom Wikimedia Commons)

Oba typy buniek, mužská gameta a ženská gameta, sa musia navzájom spájať v prípade, ktorý je známy ako „oplodnenie“. Až po oplodnení môže bunkový produkt tejto fúzie, zygota, viesť k vzniku nového jedinca.

Gaméty veľkého počtu zvierat sú syntetizované z pohlavných žliaz, ktoré sú orgánmi prísne špecializovanými na túto funkciu. Gonády majú klíčiaci epitel s bunkami zvanými „gonias“, ktorým dlhujú svoje meno. Goniózy sú morfologicky rovnaké u oboch pohlaví. U mužov sa však nazýva spermatogónia a u žien sa nazýva „oogonia“.

Gametogenéza zahŕňa spermatogenézu aj oogenézu a oba procesy sú homológne, zdieľajú tri základné kroky na tvorbu gamét.

Gametogenéza sa vyznačuje procesom bunkového delenia, pri ktorom je chromozomálna záťaž jednotlivca znížená na polovicu, čo je možné vďaka meiotickému deleniu, pri ktorom dochádza k dvom po sebe idúcim chromozomálnym segregáciám.

Produkcia pohlavných buniek u živočíchov alebo rastlín závisí od niekoľkých faktorov, medzi ktorými vyniká diferenciálna expresia niektorých génov, ktoré kódujú "inštrukcie" potrebné na to, aby došlo k deleniu buniek a aby sa vyvolali zmeny. zodpovedajúca morfogenetika.

Mužská gametogenéza

Mužská gametogenéza je proces dozrievania spermatogónie a diferenciácie na spermie. Toto je komplexný proces, v ktorom sa totipotenciálne kmeňové bunky delia za vzniku dcérskych buniek, ktoré sa stanú spermiami.

Vo väčšine živých vecí, ktoré majú mužskú gametogenézu, sa tak nestane až do určitého vývojového veku. V prípade ľudí sa začína objavovať počas puberty a pokračuje po zvyšok života.

Mužská gametogenéza u mnohých zvierat vrátane človeka sa nazýva spermatogenéza a pozostáva z troch krokov: mitotická proliferácia, meiotická proliferácia a remodelácia buniek.

proces

Spermatogenéza začína mitózou, ktorá zvyšuje počet spermií. Spermatogónia je populácia buniek, ktoré sú v neustálom mitotickom delení, pretože sú zodpovedné za obnovu kmeňových buniek, z ktorých pochádzajú spermie.

Preto je mitotický proces v mužskej gametogenéze rozhodujúci pre proliferáciu a udržiavanie spermatogónie.

Niektoré spermatogónie spôsobené mitózou sa zväčšujú a stávajú sa primárnymi spermatocytmi. Každý primárny spermatocyt podlieha zníženiu chromozomálnej záťaže prostredníctvom prvého meiotického delenia (meióza I), čo vedie k dvom sekundárnym spermatocytom.

Sekundárne spermatocyty vstupujú do druhého meiotického delenia (meióza II), ale v tomto nedochádza k žiadnemu rozhraniu (chromozomálna záťaž sa znova nerozdeľuje), takže výsledné bunky majú rovnakú chromozomálnu záťaž, to znamená, že sú haploidné.

Výsledné haploidné bunky sa nazývajú spermatidy a každá z nich môže obsahovať iba chromozómy materského alebo otcovského pôvodu alebo zmes rôznych pomerov chromozómov oboch rodičov.

Spermatidy vstupujú do procesu nazývaného „spermiogenéza“, pri ktorom prechádzajú rôznymi morfologickými zmenami, kondenzujú svoje chromozómy, predlžujú bičík, znižujú svoj cytoplazmatický obsah a nakoniec sa stanú zrelými spermiami (v mnohých prípadoch dozrievaním) kulminuje, keď sa uvoľňujú v ženskom reprodukčnom trakte).

Vlastnosti

Napriek skutočnosti, že spermatogenéza sa vyskytuje nepretržite počas celého reprodukčného života dospelého zvieraťa, jediným účelom tohto procesu je produkcia buniek, prostredníctvom ktorých sa bude ich genetická informácia prenášať na potomstvo, čo bude možné iba sexuálnou reprodukciou u samice toho istého druhu.

Okrem toho to samcom tohto druhu umožňuje kombinovať genetické informácie svojich predchodcov a ich vlastných s informáciami o ženách, aby sa zvýšila genetická variabilita potomstva.

Táto schopnosť kombinovať genetické informácie pomáha druhom získať dôležité vlastnosti, ktoré im môžu pomôcť prekonať zmeny alebo nepriaznivé podmienky v prostredí, v ktorom žijú.

Ženská gametogenéza

Ženská gametogenéza alebo oogenéza bola jedným z najviac študovaných procesov v dejinách ľudstva. Vedci z rôznych oblastí, ako je medicína, biológia, ekonómia, sociológia a verejná politika atď., Sa venovali tejto štúdii.

Anglický lekár William Harvey sformuloval slávnu frázu o oogenéze, ktorá znie: „všetko, čo žije, pochádza z vajíčka“.

Počas života mnohých samíc sa produkuje asi 1 až 2 milióny oocytov, ale iba 300 až 400 oocytov dozrelo a sú "ovulované". U samíc mnohých živočíšnych druhov sa po puberte každý mesiac vyvíja jedna alebo viac oogónií, ktoré tvoria zrelé vajíčka.

proces

Zárodočné bunky vaječníkov, nazývané oogónia alebo oogónia, sa zvyšujú počtom mitózou. Každá výsledná oogónia má rovnaký počet chromozómov ako ostatné somatické bunky. Akonáhle sa oogónia prestane množiť, rastú vo veľkosti a stávajú sa primárnymi oocytmi.

Predtým, ako dôjde k prvému meiotickému deleniu, sú chromozómy v primárnych oocytoch spárované s ich homológnymi chromozómami, polovica zdedená po matke a polovica od otca.

Reprezentácia menštruačného cyklu. 1) menštruácia; 2) dozrievanie folikulov; 3) zrelý folikul; 4) Corpus luteum a 5) Degradácia corpus luteum (Zdroj: M.Komorniczak, Wikimedia Commons)

Potom dôjde k prvému „redukčnému“ alebo maturačnému rozdeleniu, teda k prvej meióze. Výsledkom tohto delenia sú dve bunky, jedna bunka s polovicou genetického materiálu, so zlým cytoplazmatickým obsahom a známa ako „prvé polárne telo“.

Druhá bunka, ktorá je výsledkom prvej meiózy, je v cytoplazmatickom obsahu veľká a oveľa bohatšia ako polárne telo, táto bunka má navyše druhú polovicu genetického obsahu primárneho oocytu, ktorý ju spôsobil. Táto druhá bunka sa nazýva „sekundárny oocyt“.

V druhom meiotickom delení sa sekundárny oocyt a prvé polárne teleso delia a tvoria jeden veľký „ovotid“ a tri malé polárne telieska. Ovotída rastie a transformuje sa na zrelý vajíčko.

Polárne telá nie sú funkčné a nakoniec sa rozpadajú, ale ich tvorba je potrebná na vypustenie vajíčka z „prebytku“ chromozómov. Nerovnomerné cytoplazmatické delenie zase umožňuje produkciu veľkej bunky s dostatočným množstvom rezervného materiálu na vývoj nového jedinca.

Vlastnosti

Rovnako ako mužská gametogenéza, aj ženská gametogenéza má konečný cieľ produkovať ženskú gametu. Táto gameta má však odlišné vlastnosti a funkcie ako samec.

Rovnako ako pri syntéze mužských gamét, aj ženské gaméty kombinujú genetické informácie rodičov a jednotlivcov, ktorí ich produkujú, aby tieto informácie prenášali a súčasne zvyšovali genetickú variabilitu svojich potomkov.

Napriek tomu, že v ženskej gametogenéze vedú primárne oocyty k vytvoreniu jediného funkčného vajíčka (samičie gaméty), majú všetok výživný materiál, ktorý vedie k vzniku nového jedinca, keď dôjde k oplodneniu.

Je pozoruhodné, že napríklad u ľudí je ženská gametogenéza kontinuálnym procesom od puberty, ale je konečná, to znamená, že u plodu ženského pohlavia sú všetky primárne oocyty, v ktorých bude mať žena, formované celý ich život, ktorý sa každý mesiac „stráca“ s menštruáciou.

Gametogenéza v rastlinách

Iba vo vyšších rastlinách sa hovorí o správnej gametogenéze a proces v rastlinách je dosť podobný procesu u zvierat.

Hlavný rozdiel spočíva v tom, že rastliny majú schopnosť produkovať gaméty v neskorom štádiu vývoja, čo predtým nebolo vopred stanovené, zatiaľ čo u zvierat je tvorba gamét obmedzená na konkrétne regióny, ktoré boli stanovené v priebehu embryonálny vývoj.

Gamtogenéza v kvitnúcich rastlinách (Zdroj: Pablo damiani2 prostredníctvom Wikimedia Commons)

Ďalšou dôležitou charakteristikou je, že aj keď na plodnosť gamét môžu byť veľmi často ovplyvnené genetické mutácie, tieto mutácie sú pre potomka zriedka smrtiace.

U vyšších rastlín sú samčím a samičím gamétom peľové zrno a vajíčko. Obilka aj peľové zrno sú sediace (imobilné) a nachádzajú sa vo vnútri každého z ich zodpovedajúcich gametofytov (ktoré sú analogické gonádam).

Ženská gametogenéza

V kvitnúcich rastlinách sú výrobné miesta ovúl známe ako „megasporangia“ a nachádzajú sa vo vaječníku, ktorý obsahuje jeden alebo viac vajíčok. Každá vajíčka sa skladá z megasporangia nazývaného nucela a je obklopená jedným alebo viacerými celými súbormi.

Celé telieska sa spoja na jednom konci, aby vytvorili mikropyle, otvor, cez ktorý peľová trubica peľového zrna prenikne. V megasporangii funguje bunka známa ako „megasporocyt“ ako materská bunka megaspory (vajíčka).

Megasporocyty podstupujú meiózu a tvoria štyri haploidné megaspory. Tri megaspory sa zvyčajne rozpadnú a ten, ktorý je od mikrokrytu najďalej, prežije a stáva sa megagametofytom.

Vo väčšine angiospermov vyvíja vyvíjajúci sa megagametofyt osem jadier. Štyri jadrá idú na jeden koniec vajíčka a ostatné štyri idú na druhý. Jadro z každého z koncov migruje smerom do stredu vajíčka, ktoré sú známe ako „polárne jadrá“.

Zostávajúce jadrá na každom konci tvoria bunky a jedna z týchto buniek v blízkosti mikropyle sa vyvinie na zrelú vaječnú bunku.

Zrelý megagametofyt sa skladá z 8 jadier v 7 rôznych bunkách. Toto je tiež známe ako „embryo vak“, pretože embryo sa vyvíja vo vnútri po oplodnení.

Mužská gametogenéza

Peľové zrná alebo mikrogamofyty sa vyrábajú a ukladajú do tyčiniek kvetu. Každý tyčinka má prašník a každý prašník má obvykle štyri mikroskopické mikroangióny, ktoré sú známe ako peľové vaky.

Vo vnútri každého peľového vaku sú kmeňové bunky mikropórov, to znamená peľových zŕn. Všetky kmeňové bunky prechádzajú meiotickým procesom a z každej kmeňovej bunky sa vyrábajú štyri haploidné mikropóry.

Mikropóry rastú a vyvíjajú sa na nezrelé peľové zrno. Tieto nezrelé peľové zrná majú bunku, z ktorej vzniká „peľová trubica“ a generatívnu bunku, ktorá bude produkovať dve spermie.

Predtým, ako sa peľ uvoľní z prašníka, vytvorí vonkajšiu ochrannú vrstvu proteínu nazývanú exín a vnútornú ochrannú vrstvu iného proteínu, intinu. Mnoho druhov rastlín je možné identifikovať pomocou vzoru, ktorý sa vyvíja na vnútornej vrstve peľových zŕn.

K konečnému vývoju peľového zrna dochádza pri „klíčení“ peľovej trubice, k tomu dôjde až po nanesení peľového zrna na stigmu kvetu, ktorý sa následne opeľuje.

Referencie

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK a Agarwal, A. (2017). Ženská a mužská gametogenéza. In Clinical reprodukčné medicíny a chirurgie (str. 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W. a Hilscher, B. (1976). Kinetika mužskej gametogenézy. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Molekulárna analýza mužskej gametogenézy v rastlinách. Trends in Genetics, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, január). Tvorba gamét vynuluje starnutie v kvasniciach. V sympóziách Cold Spring Harbor o kvantitatívnej biológii (zväzok 76, s. 73 - 80). Cold Spring Harbor Laboratory Press.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (Eds.). (2012). Ultraštruktúra reprodukcie: gametogenéza, hnojenie a embryogenéza (zväzok 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ, a Amon, A. (2011). Regulácia vstupu do gametogenézy. Filozofické transakcie kráľovskej spoločnosti B: Biological Sciences, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA, a Yang, C. (2004). Gametogenéza rastlín: zachovanie a kontrasty vo vývoji. Reprodukcia, 128 (5), 483-492.