KAS YRA GAMETOGENEZĖ? PROCESAS IR FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Gametogenezė yra lytinių ląstelių ar lyties ląstelių gyvųjų organizmų formavimas. Šis procesas leidžia individams transformuoti ir perduoti savo palikuonims tam tikrus laikinus genų raiškos pokyčius, kuriuos „sukėlė“ išoriniai signalai.

Visi asmenys, turintys lytinę reprodukciją, reguliariai gamina dviejų rūšių lytines ląsteles, kurios vadinamos „lytinėmis ląstelėmis“. Šios ląstelės negali vystytis tiesiogiai kaip grybelių sporos, tai yra, jos ne visada gali sukelti naują individą.

Reprezentatyvi moterų ir vyrų gametogenezės schema (Šaltinis: „Elversberg“ per „Wikimedia Commons“)

Abiejų tipų ląstelės - lytinė ir lytinė - turi lydyti viena su kita įvykiu, vadinamu „apvaisinimu“. Tik po apvaisinimo šio suliejimo ląstelių produktas - zigota - gali sukelti naują individą.

Daugelio gyvūnų lytinės ląstelės sintetinamos iš lytinių liaukų, kurios yra griežtai specializuoti šios funkcijos organai. Lytinės liaukos turi daigų epitelį su ląstelėmis, vadinamomis „gonijomis“, kurioms jie skolingi. Gonijos morfologiškai yra vienodos abiejų lyčių atstovų. Tačiau vyrams tai vadinama „spermatogonija“, o patelėms - „oogonija“.

Gametogenezė apima ir spermatogenezę, ir oogenezę, ir abu procesai yra homologiški, atliekant tris pagrindinius lytinių ląstelių susidarymo etapus.

Gametogenezė išsiskiria tuo, kad yra ląstelių dalijimosi procesas, per kurį žmogaus chromosomų apkrova sumažėja per pusę, o tai įmanoma dėl mejozinio dalijimosi, kai įvyksta dvi iš eilės chromosomų segregacijos.

Lyties ląstelių susidarymas gyvūne ar augale priklauso nuo kelių veiksnių, tarp kurių išsiskiria kai kurių genų, koduojančių „instrukcijas“, būtinų tiek ląstelių dalijimuisi, tiek sukeliamiems pokyčiams, skirtinga ekspresija. atitinkamą morfogenezę.

Vyrų gametgenezė

Vyriškoji gametogenezė yra procesas, kurio metu spermatogonijos subręsta ir išsiskiria į spermą. Tai sudėtingas procesas, kurio metu totipotencialios kamieninės ląstelės dalijasi, kad pagamintų dukterines ląsteles, kurios taps spermatozoidais.

Daugelyje gyvų dalykų, turinčių vyrišką gametogenezę, tai neįvyksta iki tam tikro vystymosi amžiaus. Žmonėms jis pradeda pasireikšti brendimo metu ir tęsiasi visą likusį gyvenimą.

Vyriškos lyties gametogenezė daugelyje gyvūnų, įskaitant žmogų, yra vadinama „spermatogeneze“ ir susideda iš trijų etapų: mitozinio proliferacijos, mejozės proliferacijos ir ląstelių rekonstravimo.

Procesas

Spermatogenezė prasideda nuo mitozės, dėl kurios padidėja spermatogonijų skaičius. Spermatogonija yra ląstelių, kurios nuolat dalijasi mitoziniu būdu, populiacija, nes jos yra atsakingos už kamieninių ląstelių atsinaujinimą, kad būtų sukurta sperma.

Taigi mitozinis procesas vyriškoje gametogenezėje yra labai svarbus spermatogonijos dauginimuisi ir palaikymui.

Kai kurių spermatozoidų, kuriuos sukelia mitozė, dydis padidėja ir tampa pirminiais spermatocitais. Kiekviename pirminiame spermatocite sumažėja chromosomų apkrova per pirmąjį mejozinį padalijimą (I mejozė), dėl ko susidaro du antriniai spermatozoidai.

Antriniai spermatocitai patenka į antrąjį mejozinį dalijimąsi (II mejozė), tačiau šioje sąsajoje nevyksta (chromosomų apkrova dar nėra dalijama), todėl susidariusios ląstelės turi tą pačią chromosomų apkrovą, tai yra, yra haploidinės.

Gautos haploidinės ląstelės yra vadinamos spermatidais ir kiekvienoje iš jų gali būti tik motinos ar tėvo chromosomos arba abiejų tėvų chromosomų skirtingos proporcijos mišinys.

Spermatozoidai pradeda procesą, vadinamą „spermiogeneze“, kurio metu jie patiria įvairius morfologinius pokyčius, sutankina jų chromosomas, pailgina žiedlapius, sumažina jų citoplazmos kiekį ir galiausiai tampa subrendusiais spermatozoidais (nors ir subrandina, daugeliu atvejų kulminacija, kai jos išsiskiria į moters reprodukcinį traktą).

funkcijos

Nepaisant to, kad spermatogenezė vyksta nuolat per visą suaugusio gyvūno reprodukcinį gyvenimą, šio proceso vienintelis tikslas yra gaminti ląsteles, per kurias jo genetinė informacija bus perduodama palikuonims, o tai bus įmanoma tik per lytinį dauginimąsi su tos pačios rūšies moterimis.

Be to, tai leidžia rūšies patinams sumaišyti savo ir savo pirmtakų genetinę informaciją su patelių genetine informacija, kad būtų padidintas palikuonių genetinis kintamumas.

Šis gebėjimas maišyti genetinę informaciją padeda rūšims įgyti svarbių savybių, kurios gali padėti joms įveikti aplinkos, kurioje jos gyvena, pokyčius ar nepalankias sąlygas.

Moteriška gametogenezė

Moterų gametogenezė arba oogenezė buvo vienas iš labiausiai tyrinėtų procesų per visą žmonijos istoriją. Įvairių sričių, tokių kaip medicina, biologija, ekonomika, sociologija, viešoji politika ir kt., Mokslininkai paskyrė savo studijas.

Anglų gydytojas Williamas Harvey suformulavo garsią frazę apie oogenezę: „Viskas, kas gyva, kyla iš kiaušinio“.

Per daugelį patelių gyvūnėlių susidaro apie 1–2 milijonai oocitų, tačiau tik 300–400 kiaušialąsčių subrendę ir „ovuliuojami“. Daugelio rūšių gyvūnų patelėms po brendimo kiekvieną mėnesį išsivysto viena ar daugiau oogonijų, sudarančių subrendusias kiaušialąstes.

Procesas

Kiaušidžių lytinių ląstelių, vadinamų oogonijomis arba oogonijomis, skaičius padidėja per mitozę. Kiekviena susidariusi oogonija turi tokį patį chromosomų skaičių kaip ir kitos somatinės ląstelės. Kai oogonija nustoja daugintis, jos išauga ir tampa pirminiais oocitais.

Prieš įvykstant pirmajam mejoziniam padalijimui, pirminių oocitų chromosomos suporuojamos su jų homologinėmis chromosomomis, pusė paveldimos iš motinos, pusė - iš tėvo.

Menstruacinio ciklo vaizdavimas. 1) menstruacijos; 2) folikulo brendimas; 3) subrendęs folikulas; 4) geltonkūnio ir 5) geltonkūnio irimas (šaltinis: M.Komorniczak, per „Wikimedia Commons“)

Tuomet įvyksta pirmasis „redukcinis“ arba brendimo pasidalijimas, tai yra pirmasis mejozė. Dėl šio padalijimo susidaro dvi ląstelės, viena ląstelė su puse genetinės medžiagos, turinčios silpną citoplazmos kiekį ir vadinamos „pirmuoju poliniu kūnu“.

Antroji ląstelė, susidariusi dėl pirmosios mejozės, yra didelė ir daug turtingesnė citoplazminiu kiekiu nei poliarinis kūnas, be to, ši ląstelė turi kitą pusę pirminio oocito, kuris ją sukėlė, genetinio turinio. Ši antroji ląstelė vadinama „antriniu oocitu“.

Antrame meiotiniame skyriuje antrinis oocitas ir pirmasis poliarinis kūnas dalijasi, sudarydami atitinkamai vieną didelį „ovotidą“ ir tris mažus polinius kūnus. Ovotidas auga ir transformuojasi, kad būtų subrendusi kiaušialąstė.

Poliniai kūnai nėra funkcionalūs ir galutinai suyra, tačiau jų formavimasis yra būtinas, kad būtų pašalintos chromosomų „pertekliaus“ kiaušialąstės. Savo ruožtu netolygus citoplazminis pasidalijimas leidžia gaminti didelę ląstelę, turint pakankamai atsargos medžiagos naujo individo vystymuisi.

funkcijos

Kaip ir vyrų gametogenezė, pagrindinis moterų gametogenezės tikslas yra užmegzti moteriškąją gametą. Tačiau ši gameta turi skirtingas savybes ir funkcijas nei vyriškoji gameta.

Kaip ir vyriškų lytinių organų sintezėje, lytinės ląstelės taip pat sumaišo tėvų ir juos gaminančių asmenų genetinę informaciją, kad galėtų perduoti šią informaciją ir tuo pačiu padidina jų palikuonių genetinį kintamumą.

Nepaisant to, kad moteriškoje gametogenezėje pirminiai kiaušialąstės išskiria vieną funkcinę kiaušialąstę (moteriškąją lytinę kiaušidę), jos turi visą maistinę medžiagą, leidžiančią atsirasti naujam asmeniui po apvaisinimo.

Pažymėtina, kad, pavyzdžiui, žmonėse moterų gametogenezė yra nuolatinis procesas nuo brendimo, tačiau ji yra baigtinė, tai yra, moteriškos lyties kūdikio vaisiuje susidaro visi pirminiai kiaušialąsčiai, kuriuos moteris turės. visą savo gyvenimą, kuris kiekvieną mėnesį „prarandamas“ su menstruacijomis.

Gametogenezė augaluose

Tik aukštesniuose augaluose galima kalbėti apie tinkamą gametogenezę, o procesas augaluose yra gana panašus į gyvūnų.

Pagrindinis skirtumas yra tas, kad augalai turi galimybę gaminti lytines ląsteles vėlyvoje vystymosi stadijoje, kuri anksčiau nebuvo iš anksto nustatyta, tuo tarpu gyvūnams gametų formavimasis ribojamas tik tam tikruose regionuose, kurie buvo nustatyti per embriono vystymasis.

Žydinčių augalų gamogenezė (Šaltinis: Pablo damiani2 per Wikimedia Commons)

Kita svarbi savybė yra ta, kad nors genetinės mutacijos labai dažnai gali paveikti gametų vaisingumą, palikuonims šios mutacijos retai būna mirtinos.

Aukštesniuose augaluose vyriškos lyties ir moters lytinės ląstelės yra atitinkamai žiedadulkės ir kiaušialąstės. Tiek kiaušialąstės, tiek žiedadulkių grūdeliai yra nejudrūs (nejudrūs) ir randami kiekvieno iš jų atitinkamų gametofitų (kurie yra analogiški lytinėms liaukoms) viduje.

Moteriška gametogenezė

Žydinčiuose augaluose kiaušialąsčių auginimo vietos yra žinomos kaip „megasporangija“ ir aptinkamos kiaušidėse, kuriose yra viena ar kelios kiaušialąstės. Kiekvieną kiaušialąstę sudaro megasporangium, vadinamas nucela, ir yra apsuptas vieno ar daugiau gijų.

Viename gale esantys sujungimai sudaro mikropile - angą, pro kurią prasiskverbs žiedadulkių grūdelių žiedadulkių vamzdelis. Megasporangijoje ląstelė, vadinama „megasporocitu“, veikia kaip megasporos (kiaušialąsčio) motininė ląstelė.

Megasporocitas patiria mejozę ir sudaro keturias haploidines megasporas. Trys iš megasporų paprastai suyra, o labiausiai nutolęs nuo mikropilelio išgyvenamas ir tampa megagametofitu.

Daugelyje angiospermių besivystantis megagametofitas sukuria aštuonis branduolius. Keturi branduoliai eina į vieną kiaušinio galą, kiti keturi - prie kito. Branduolys iš kiekvieno galo migruoja į kiaušialąstės centrą, jie yra žinomi kaip „poliniai branduoliai“.

Likę branduoliai kiekviename gale sudaro ląsteles, o viena iš šių ląstelių šalia mikropile išsivysto į subrendusią kiaušinio ląstelę.

Subrendęs megagametofitas yra sudarytas iš 8 branduolių 7 skirtingose ​​ląstelėse. Tai taip pat vadinama „embriono maišeliu“, nes embrionas vystosi viduje po apvaisinimo.

Vyrų gametgenezė

Gėlės žiedadulkėse susidaro žiedadulkės ir mikrogametofitai. Kiekviename bedyklyje yra skruzdėlytė ir kiekvienoje skruzdėje paprastai yra keturios mikrosporangos, vadinamos žiedadulkių maišeliais.

Kiekviename žiedadulkių pakelyje yra mikrosporų, tai yra, žiedadulkių grūdų kamieninės ląstelės. Visos kamieninės ląstelės patiria meiotinį procesą, o iš kiekvienos kamieninės ląstelės susidaro keturios haploidinės mikrosporos.

Mikrosporos išauga ir išsivysto į nesubrendusius žiedadulkių grūdus. Šie nesubrendę žiedadulkių grūdai turi ląstelę, iš kurios kyla „žiedadulkių vamzdelis“, ir generatyvinę ląstelę, kurioje bus gaminamos dvi spermos ląstelės.

Prieš išleidžiant iš žiedadulkių žiedadulkę, susidaro išorinis apsauginis baltymo, vadinamo exin, apvalkalas ir kito baltymo, intino, vidinis apsauginis apvalkalas. Daugelį augalų rūšių galima atpažinti pagal modelį, kuris atsiranda ant žiedadulkių grūdų vidinės dangos.

Žiedadulkių grūdai galutinai išsivysto „sudygus“ žiedadulkėms, tai įvyksta tik po to, kai žiedadulkių grūdai nusėda ant gėlės, kuri vėliau apdulkės, stigmos.

Nuorodos

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Moterų ir vyrų gametogenezė. „Klinikinė reprodukcinė medicina ir chirurgija“ (p. 19–45). Springeris, Chamas.
2. Hilscher, W., ir Hilscher, B. (1976). Vyrų gametgenezės kinetika. Andrologia, 8 (2), 105–116.
3. McCormick, S. (1991). Vyrų gametogenezės molekulinė analizė augaluose. Genetikos tendencijos, 7 (9), 298–303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, sausis). Gamete formavimas atstato senėjimo laikrodį mielėse. Cold Spring Harbor kiekybinės biologijos simpoziumuose (76 tomas, p. 73–80). Šaltojo pavasario uosto laboratorinė spauda.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (Red.). (2012). Reprodukcijos ultrastruktūra: gametogenezė, apvaisinimas ir embriogenezė (2 tomas). „Springer“ mokslo ir verslo žiniasklaida.
6. Van Wervenas, FJ, ir Amonas, A. (2011). Įvadas į gametogenezę. Karališkosios draugijos B filosofiniai sandoriai: Biologijos mokslai, 366 (1584), 3521–3531.
7. Wilson, ZA, ir Yang, C. (2004). Augalų gametogenezė: išsaugojimas ir vystymosi kontrastai. Dauginimas, 128 (5), 483–492.