KAJ JE GAMETOGENEZA? POSTOPEK IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Gametogeneza je nastanek gamet ali spolnih celic v živih organizmih. Ta postopek posameznikom omogoča preoblikovanje in prenos nekaterih potomcev začasnih sprememb v izražanju njihovih genov, ki so jih "sprožili" zunanji signali.

Vsi posamezniki, ki imajo spolno razmnoževanje, redno proizvajajo dve vrsti zarodnih celic, ki se imenujejo "gamete". Te celice se ne morejo razviti neposredno kot spore gliv, torej ne morejo vedno same po sebi roditi novega posameznika.

Reprezentativna shema ženske in moške gametogeneze (Vir: Elversberg prek Wikimedia Commons)

Obe vrsti celic, moška gameta in ženska gameta, se morata med seboj zliti v primeru, imenovanem "oploditev". Šele po oploditvi lahko celični produkt te fuzije, zigota, rodi novega posameznika.

Gamete velikega števila živali se sintetizirajo iz spolnih žlez, ki so organi, ki so strogo specializirani za to funkcijo. Gonade imajo germinativni epitelij s celicami, imenovanimi "gonias", ki jim dolgujejo ime. Gonije so morfološko enake pri obeh spolih. Vendar pa se pri samcih ti imenujejo "spermatogonija", pri ženskah pa "oogonija".

Gametogeneza obsega tako spermatogenezo kot oogenezo, oba procesa pa sta homologna in imata tri temeljne korake za tvorbo gameta.

Gametogenezo ločimo po tem, da je postopek delitve celic, s pomočjo katerega se kromosomska obremenitev posameznika zmanjša za polovico, kar je možno zahvaljujoč mejotični delitvi, kjer se pojavita dve zaporedni kromosomski segregaciji.

Proizvodnja spolnih celic pri živali ali rastlini je odvisna od več dejavnikov, med katerimi izstopajo različni izražanje nekaterih genov, ki kodirajo "navodila", potrebna za delitev celic in za spremembe, ki jih je treba sprožiti. ustrezen morfogenetski.

Moška gametogeneza

Moška gametogeneza je postopek, s katerim spermatogonija dozoreva in se diferencira v spermo. To je zapleten postopek, pri katerem se totipotencialne matične celice razdelijo, da nastanejo hčerinske celice, ki bodo postale sperme.

Pri večini živih bitij, ki imajo moško gametogenezo, to ne poteka do določene razvojne starosti. Pri ljudeh se začne pojavljati med puberteto in se nadaljuje do konca življenja.

Moška gametogeneza pri mnogih živalih, vključno s človekom, se imenuje "spermatogeneza" in je sestavljena iz treh korakov: mitotične proliferacije, mejotske proliferacije in remodeliranja celic.

Proces

Spermatogeneza se začne z mitozo, ki poveča število spermatogonije. Spermatogonije so populacija celic, ki so v nenehnem mitotskem delitvi, saj so zadolžene za obnovo matičnih celic, da izvirajo sperme.

Tako je mitotični proces pri moški gametogenezi ključen za širjenje in vzdrževanje spermatogonije.

Nekatere spermatogonije, ki jih povzroča mitoza, se povečajo in postanejo primarni spermatociti. Vsak primarni spermatocit se zmanjša kromosomsko obremenitev skozi prvo mejotsko delitev (mejoza I), kar ima za posledico dva sekundarna spermatocita.

Sekundarni spermatociti vstopijo v drugo mejotsko delitev (mejoza II), vendar pri tem ne pride do vmesnika (kromosomska obremenitev se ponovno ne deli), zato imajo posledične celice isto kromosomsko obremenitev, torej so haploidne.

Nastale haploidne celice se imenujejo spermatide in vsaka lahko vsebuje samo kromosome materinega ali očetovega izvora ali mešanico različnih deležev kromosomov obeh staršev.

Spermatidi vstopijo v proces, imenovan "spermiogeneza", v katerem se podvržejo različnim morfološkim spremembam, kondenzirajo svoje kromosome, podaljšajo svoj flagellum, zmanjšajo svojo citoplazmatsko vsebnost in končno postanejo zrele sperme (čeprav zorenje v mnogih primerih oz. kulminira, medtem ko se sproščajo v ženskem reproduktivnem traktu).

Lastnosti

Kljub temu, da se spermatogeneza nenehno pojavlja v celotnem reproduktivnem življenju odrasle živali, ima ta postopek edini namen proizvajati celice, preko katerih se bodo njegove genetske informacije prenašale na potomce, kar bo mogoče le s spolnim razmnoževanjem z samico iste vrste.

Poleg tega to omogoča samcem vrste, da zmešajo genetske informacije svojih predhodnikov in svoje z informacijami samice, da povečajo genetsko spremenljivost potomcev.

Ta sposobnost mešanja genetskih informacij pomaga vrstam pridobiti pomembne lastnosti, ki jim lahko pomagajo premagati spremembe ali neugodne razmere v okolju, v katerem živijo.

Ženska gametogeneza

Ženska gametogeneza ali oogeneza je bil eden najbolj preučenih procesov v zgodovini človeštva. Znanstveniki z različnih področij, kot so medicina, biologija, ekonomija, sociologija in javna politika itd., So se posvetili njenemu študiju.

Angleški zdravnik William Harvey je oblikoval znamenito besedno zvezo o oogenezi, ki se glasi: "vse živo prihaja iz jajčeca".

V celotni življenjski dobi mnogih samic nastane približno 1 do 2 milijona oocitov, vendar le 300 do 400 oocitov dozori in je "ovulirano". Pri samicah mnogih živalskih vrst se po puberteti vsak mesec razvije ena ali več oogonij, ki tvorijo zrele ovule.

Proces

Zarodne celice jajčnika, imenovane oogonija ali oogonija, se z mitozo povečajo v številu. Vsaka nastala oogonija ima enako število kromosomov kot ostale somatske celice. Ko se oogonija preneha množiti, se povečajo in postanejo primarni oociti.

Preden se zgodi prva mejotska delitev, so kromosomi v primarnih oocitih seznanjeni z njihovimi homolognimi kromosomi, polovico podedujejo od matere in polovico od očeta.

Predstavitev menstrualnega cikla. 1) Menstruacija; 2) zorenje folikla; 3) zrel folikul; 4) Corpus luteum in 5) Degradacija lutesa corpus (Vir: M.Komorniczak, prek Wikimedia Commons)

Potem nastopi prva »redukcijska« oziroma dozorevalna delitev, torej prva mejoza. Zaradi te delitve sta dve celici, ena celica s polovico genskega materiala, s slabo vsebnostjo citoplazme in znana kot "prvo polarno telo".

Druga celica, ki je posledica prve mejoze, je citoplazmatska vsebnost velika in veliko bogatejša od polarnega telesa, poleg tega pa ima ta celica drugo polovico genske vsebnosti primarnega oocita, ki jo je povzročila. To drugo celico imenujemo "sekundarna oocita".

V drugi mejotski delitvi se sekundarni oocit in prvo polarno telo delita in tvorita eno veliko "ovotidno" in tri majhna polarna telesa. Ovatid raste in se preoblikuje, da nastane zrel jajčnik.

Polarna telesa niso funkcionalna in se na koncu razpadajo, vendar je njihova tvorba potrebna, da se iz jajčeca izloči "presežek" kromosomov. Neenakomerna citoplazemska delitev omogoča nastanek velike celice z dovolj rezervnega materiala za razvoj novega posameznika.

Lastnosti

Tako kot moška gametogeneza ima tudi ženska gametogeneza končni cilj proizvajanje ženske gamete. Vendar ima ta gameta drugačne značilnosti in funkcije kot moška gameta.

Tako kot pri sintezi moških spolnih celic tudi ženske gamete mešajo genetske informacije staršev in posameznika, ki jih proizvajajo za prenos teh informacij in hkrati povečajo genetsko spremenljivost svojih potomcev.

Kljub dejstvu, da pri ženski gametogenezi primarni oociti rodijo en sam funkcionalen jajčnik (ženska gameta), imajo vso hranilno snov, da lahko novo osebo po oploditvi poženejo.

Omeniti velja, da je pri ljudeh na primer ženska gametogeneza neprestani proces od pubertete, vendar je končen, to je v plodu ženskega spola, da se vsi primarni oociti, ki jih bo ženska imela, tvorijo v vse življenje, ki se z menstruacijo vsak mesec "izgubi".

Gametogeneza v rastlinah

Samo v višjih rastlinah je mogoče pravilno govoriti o gametogenezi, postopek v rastlinah pa je precej podoben kot pri živalih.

Glavna razlika je v tem, da imajo rastline sposobne proizvajati gamete na pozni razvojni stopnji, kar pa še ni bilo vnaprej določeno, medtem ko je pri živalih nastajanje gameta omejeno na določena področja, ki so bila vzpostavljena med embrionalni razvoj.

Gamtogeneza v cvetočih rastlinah (Vir: Pablo damiani2 prek Wikimedia Commons)

Druga pomembna značilnost je, da čeprav na plodnost gamete lahko zelo pogosto vplivajo genetske mutacije, so te mutacije redko smrtne za potomce.

V višjih rastlinah so moške in ženske gamete cvetni prah in ovula. Tako ovula kot cvetni prah so sedeči (nepremični) in jih najdemo znotraj vsakega od njihovih ustreznih gametofitov (ki so analogni žlezam).

Ženska gametogeneza

V cvetočih rastlinah so mesta za proizvodnjo ovulov znana kot "megasporangia" in jih najdemo znotraj jajčnika, ki vsebuje enega ali več ovulov. Vsako ovulo je sestavljeno iz megasporangija, ki se imenuje nucela in je obdan z enim ali več celicami.

Pokrovčki se na enem koncu združijo in tvorijo mikropilo, odprtino, skozi katero bo prodrla pelodna cev cvetnega prahu. V megasporangiji celica, znana kot "megasporocit", deluje kot matična celica megaspora (ovula).

Megasporocit je podvržen mejozi in tvori štiri haploidne megaspore. Tri megaspore se običajno razgradijo, tista, ki je najbolj oddaljena od mikropila, pa preživi in ​​postane megagametofit.

V večini angiospermov razvijajoči se megagametofit tvori osem jeder. Štiri jedra gredo na en konec jajčeca, druga štiri pa na drugega. Jedro z vsakega konca seli proti sredini ovule, ti so znani kot "polarna jedra".

Preostala jedra na vsakem koncu tvorijo celice in ena od teh celic v bližini mikropila se bo razvila v zrelo jajčno celico.

Zrel megagametofit sestavlja 8 jeder v 7 različnih celicah. To je znano tudi kot "zarodna vreča", saj se zarodek razvije znotraj, ko pride do oploditve.

Moška gametogeneza

Cvetni prah ali mikrogametofiti nastanejo in vložijo v prašnike cvetov. Vsak prašnik ima prah in vsaka prah ima običajno štiri mikrosporangije, ki jih poznamo kot pelonske vrečke.

Znotraj vsake pelodne vrečke so matične celice mikrospor, torej iz cvetnega prahu. Vse matične celice so podvržene mejotskemu procesu, iz vsake matične celice pa nastanejo štiri haploidne mikrospore.

Mikrospore rastejo in se razvijejo v nezrelo cvetno praho. Ta nezrela pelodna zrna imajo celico, iz katere nastane "cvetni prah", in generativno celico, ki bo proizvajala dve semenčici.

Preden se cvetni prah sprosti iz prašnika, razvije zunanjo zaščitno lupino proteina, imenovano eksin, in notranjo zaščitno lupino drugega proteina, intina. Številne vrste rastlin lahko prepoznamo po vzorcu, ki se razvije na notranji prekrivki cvetnega prahu.

Končni razvoj cvetnega prahu se zgodi s "kalitvijo" cvetnega prahu, kar se zgodi šele, ko se cvetni prah odloži na stigmo cveta, ki se nato opraši.

Reference

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Ženska in moška gametogeneza. V klinični reproduktivni medicini in kirurgiji (str. 19–45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., in Hilscher, B. (1976). Kinetika moške gametogeneze. Andrologia, 8 (2), 105–116.
3. McCormick, S. (1991). Molekularna analiza moške gametogeneze v rastlinah. Trendi v genetiki, 7 (9), 298–303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, januar). Tvorba gamete ponastavi staranje v kvasovkah. V simpozijeh o kvantitativni biologiji v hladnem pomladnem pristanu (letnik 76, str. 73–80). Laboratorijski tisk hladnega pomladnega pristana.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (ur.). (2012). Ultrastruktura razmnoževanja: Gametogeneza, gnojenje in embriogeneza (zv. 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ, & Amon, A. (2011). Ureditev vstopa v gametogenezo. Filozofski posli kraljeve družbe B: Biological Sciences, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA, & Yang, C. (2004). Rastlinska gametogeneza: ohranjanje in kontrasti razvoja. Ponatis, 128 (5), 483–492.