KAS IR GAMETOGENESIS? PROCESS UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Gametoģenēze ir veidošanās gametas vai seksa šūnām dzīviem organismiem. Šis process ļauj indivīdiem pārveidot un nodot saviem pēcnācējiem dažas īslaicīgas izmaiņas gēnu izteiksmē, kuras "izraisīja" ārējie signāli.

Visi indivīdi, kuriem ir seksuāla reprodukcija, regulāri ražo divu veidu dzimumšūnas, kuras sauc par "gametām". Šīs šūnas nevar tieši attīstīties kā sēnīšu sporas, tas ir, tās ne vienmēr pašas par sevi var radīt jaunu cilvēku.

Sieviešu un vīriešu gametoģenēzes reprezentatīvā shēma (Avots: Elversberg izmantojot Wikimedia Commons)

Abu veidu šūnām - dzimumšūnu un dzimumšūnu dzimumšūnām - jābūt sakausētām savā starpā gadījumā, ko sauc par "apaugļošanos". Tikai pēc apaugļošanas šīs saplūšanas šūnu produkts - zigota - var radīt jaunu indivīdu.

Liela daudzuma dzīvnieku gametas tiek sintezētas no dzimumdziedzeriem, kas ir orgāni, kas stingri specializējas šajā funkcijā. Dzimumdziedzeriem ir dīgtspējīgs epitēlijs ar šūnām, kuras sauc par "gonijām", kurām viņi ir parādā savu vārdu. Gonijas ir morfoloģiski vienādas abiem dzimumiem. Tomēr vīriešiem tos sauc par "spermatogoniju", bet sievietēm - par "oogoniju".

Gametoģenēze ietver gan spermatoģenēzi, gan ooģenēzi, un abi procesi ir homologiski, un tiem ir trīs galvenie posmi gametu veidošanā.

Gametoģenēze atšķiras ar šūnu dalīšanās procesu, caur kuru indivīda hromosomu slodze tiek samazināta uz pusi, kas ir iespējams, pateicoties mejootiskajai dalīšanai, kur notiek divas secīgas hromosomu atdalīšanas.

Dzimumšūnu veidošanās dzīvniekā vai augā ir atkarīga no vairākiem faktoriem, starp kuriem izceļas dažu gēnu diferenciālā ekspresija, kas kodē "instrukcijas", kas vajadzīgas gan šūnu dalīšanai, gan ierosinātām izmaiņām. atbilstošā morfoģenētiskā.

Vīriešu gametoģenēze

Vīriešu gametoģenēze ir process, kurā spermatogonijas nobriest un diferencējas par spermu. Šis ir sarežģīts process, kurā totipotenciālās cilmes šūnas dalās, veidojot meitas šūnas, kas kļūs par spermu.

Lielākajā daļā dzīvu lietu, kurām ir vīriešu gametoģenēze, tas nenotiek līdz noteiktam attīstības vecumam. Cilvēkiem tas sāk parādīties pubertātes laikā un turpinās visu atlikušo mūžu.

Vīriešu gametoģenēzi daudzos dzīvniekos, ieskaitot cilvēku, sauc par “spermatoģenēzi”, un tas sastāv no trim posmiem: mitotiskas proliferācijas, mejozes proliferācijas un šūnu pārveidošanas.

Process

Spermatoģenēze sākas ar mitozi, kas palielina spermatogoniju skaitu. Spermatogonijas ir tādu šūnu kopums, kuras atrodas pastāvīgi mitotiskā dalījumā, jo tās ir atbildīgas par cilmes šūnu atjaunošanu, lai iegūtu spermu.

Tādējādi mitotiskajam procesam vīriešu gametoģenēzē ir izšķiroša nozīme spermatogonijas izplatībā un uzturēšanā.

Dažas no spermatogonijām, ko izraisa mitoze, palielina izmēru, lai tās kļūtu par primāriem spermatocītiem. Katram primārajam spermatocītam notiek hromosomu slodzes samazināšanās caur pirmo meiotisko dalījumu (I meioze), kā rezultātā rodas divi sekundārie spermatocīti.

Sekundārie spermatocīti nonāk otrajā meiotiskajā dalījumā (II meioze), bet šajā interfeiss nenotiek (hromosomu slodze netiek sadalīta vēlreiz), tāpēc iegūtajām šūnām ir tāda pati hromosomu slodze, tas ir, tās ir haploīdas.

Iegūtās haploīdās šūnas sauc par spermatidēm, un katra no tām var saturēt tikai mātes vai tēva izcelsmes hromosomas vai abu vecāku hromosomu dažādu proporciju maisījumu.

Spermati tiek ievadīti procesā, ko sauc par "spermioģenēzi", kurā viņiem notiek dažādas morfoloģiskas izmaiņas, tiek kondensētas to hromosomas, pagarināts to flagellum, samazināts to citoplazmatiskais saturs un, visbeidzot, nobrieduši spermas veidi (lai arī nobriešana, daudzos gadījumos kulminācija, kamēr tie izdalās sievietes reproduktīvajā traktā).

Iespējas

Neskatoties uz to, ka spermatoģenēze notiek nepārtraukti visa pieauguša dzīvnieka reproduktīvās dzīves laikā, šī procesa vienīgais mērķis ir ražot šūnas, caur kurām tā ģenētiskā informācija tiks nodota pēcnācējiem, un tas būs iespējams tikai seksuālas reprodukcijas laikā ar vienas un tās pašas sugas mātīti.

Turklāt tas ļauj sugas tēviņiem sajaukt savu un savu mātīšu priekšgājēju ģenētisko informāciju ar mātītes ģenētisko informāciju, lai palielinātu pēcnācēju ģenētisko mainīgumu.

Šī spēja sajaukt ģenētisko informāciju palīdz sugām iegūt svarīgas īpašības, kas tām var palīdzēt pārvarēt izmaiņas vai nelabvēlīgus apstākļus vidē, kurā viņi dzīvo.

Sieviešu gametoģenēze

Sieviešu gametoģenēze vai ooģenēze ir bijis viens no visvairāk pētītajiem procesiem visā cilvēces vēsturē. Zinātnieki no dažādām jomām, piemēram, medicīnas, bioloģijas, ekonomikas, socioloģijas un sabiedriskās politikas utt., Ir veltījuši savu pētījumu.

Angļu ārsts Viljams Hārvijs par oģenēzi formulēja slavenu frāzi: “viss dzīvais nāk no olšūnas”.

Apmēram no 1 līdz 2 miljoniem oocītu tiek ražoti daudzu sieviešu kārtas dzīvnieku dzīves laikā, bet tikai 300 līdz 400 oocītu nobriest un ir "ovulēti". Daudzu dzīvnieku sugu mātītēm pēc pubertātes katru mēnesi attīstās viena vai vairākas oogonijas, veidojot nobriedušas olšūnas.

Process

Olnīcu dzimumšūnas, ko sauc par oogonijām vai oogonijām, palielinās ar mitozes palīdzību. Katrā iegūtajā oogonijā ir tāds pats hromosomu skaits kā citās somatiskajās šūnās. Tiklīdz oogonijas pārstāj vairoties, tās aug lielumā un kļūst par primāriem oocītiem.

Pirms notiek pirmā meiotiskā dalīšana, hromosomas primārajos oocītos tiek savienotas pārī ar homologām hromosomām, puse no tām mantota no mātes un puse no tēva.

Menstruālā cikla attēlojums. 1) menstruācijas; 2) folikula nobriešana; 3) nobriedis folikuls; 4) Corpus luteum un 5) Corpus luteum degradācija (Avots: M.Komorniczak, izmantojot Wikimedia Commons)

Tad notiek pirmais “redukcijas” jeb nogatavināšanas dalījums, tas ir, pirmais meioze. Šīs dalīšanas rezultātā rodas divas šūnas, viena šūna ar pusi no ģenētiskā materiāla, ar vāju citoplazmas saturu un pazīstama kā “pirmais polārais ķermenis”.

Otrās šūnas, kas rodas pirmās meiozes rezultātā, ir lielas un citoplazmatiskā ziņā daudz bagātākas nekā polārajam ķermenim, turklāt šai šūnai ir otra puse no primārā oocīta ģenētiskā satura, kas to izraisīja. Šo otro šūnu sauc par “sekundāro olšūnu”.

Otrajā meiotiskajā dalījumā sekundārais oocīts un pirmais polārais ķermenis sadalās, attiecīgi veidojot vienu lielu "ovotīdu" un trīs mazus polāros ķermeņus. Ovotīds aug un pārveidojas, lai iegūtu nobriedušu olšūnu.

Polārie ķermeņi nav funkcionāli un galu galā sadalās, bet to veidošanās ir nepieciešama, lai izdalītu hromosomu “pārpalikuma” olšūnu. Savukārt nevienmērīgā citoplazmatiskā dalīšana ļauj saražot lielu šūnu ar pietiekamu daudzumu rezerves materiāla jauna indivīda attīstībai.

Iespējas

Tāpat kā vīriešu gametoģenēze, arī sieviešu gametoģenēzes galvenais mērķis ir sieviešu dzimuma gametas iegūšana. Tomēr šai gametam ir atšķirīgas īpašības un funkcijas nekā vīriešu dzimuma gametai.

Tāpat kā vīriešu dzimuma gametu sintēzē, arī sieviešu dzimuma gametas sajauc vecāku un indivīda ģenētisko informāciju, kas tos ražo, lai pārraidītu minēto informāciju, un vienlaikus palielina viņu pēcnācēju ģenētisko mainīgumu.

Neskatoties uz to, ka sieviešu gametoģenēzē primārajos olšūnās veidojas viena funkcionālā olšūna (sieviešu dzimuma gameta), tām ir viss barības materiāls, lai pēc apaugļošanās notiktu jauna indivīda rašanās.

Jāatzīmē, ka, piemēram, cilvēkiem sievietes gametoģenēze ir nepārtraukts process no pubertātes brīža, taču tas ir ierobežots, tas ir, sievietes dzimuma mazuļa auglim veidojas visi primārie olšūnas, kas sievietei būs. visu savu dzīvi, kas katru mēnesi tiek "zaudēta" ar menstruācijām.

Gametoģenēze augos

Tikai augstākajos augos runā par pareizu gametoģenēzi, un process augos ir diezgan līdzīgs dzīvniekiem.

Galvenā atšķirība ir tā, ka augiem ir spēja radīt dzimumšūnas vēlīnā attīstības stadijā, kas iepriekš nav iepriekš noteikts, savukārt dzīvniekiem gametu veidošanās notiek tikai noteiktos reģionos, kas izveidoti embrija attīstība.

Gamtoģenēze ziedošos augos (Avots: Pablo damiani2 caur Wikimedia Commons)

Vēl viena svarīga īpašība ir tā, ka, lai arī ģenētiskās mutācijas ļoti bieži var ietekmēt gametu auglību, pēcnācējiem šīs mutācijas reti ir nāvējošas.

Augstākajos augos vīriešu un sieviešu dzimuma gametas ir attiecīgi ziedputekšņu graudi un olšūnas. Gan olšūnas, gan ziedputekšņu graudi ir nespodri (nekustīgi) un ir atrodami katrā attiecīgajā gametofītā (kas ir analogs dzimumdziedzeriem).

Sieviešu gametoģenēze

Ziedošos augos olšūnu ražošanas vietas sauc par "megasporanģiju", un tās atrodas olnīcā, kurā ir viena vai vairākas olšūnas. Katru ovu veido megasporanģija, ko sauc par nūciņu, un to ieskauj viens vai vairāki elementi.

Savienojumi vienā galā sakrīt, veidojot mikropilu - atveri, caur kuru iekļūs putekšņu graudu putekšņu caurule. Megasporanģijā šūna, kas pazīstama kā “megasporocīts”, darbojas kā megasporas (olšūnas) mātes šūna.

Megasporocīts tiek pakļauts meiozei un veido četras haploīdas megasporas. Trīs no megasporām parasti sadalās, bet viens, kurš atrodas vistālāk no mikropilles, izdzīvo un kļūst par megagametofītu.

Lielākajā daļā angiospermu jaunattīstības megagametofīts rada astoņus kodolus. Četri kodoli iet uz vienu olšūnas galu, un pārējie četri iet uz otru. Kodols no katra gala migrē uz olšūnas centru, tos sauc par "polārajiem kodoliem".

Atlikušie kodoli katrā galā veido šūnas, un viena no šīm šūnām, kas atrodas netālu no mikropiļas, attīstīsies par nobriedušu olšūnu.

Nobriedis megagametofīts sastāv no 8 kodoliem 7 dažādās šūnās. To sauc arī par "embrija maisiņu", jo pēc apaugļošanas embrijs attīstās iekšpusē.

Vīriešu gametoģenēze

Ziedputekšņu graudus vai mikrogametofītus iegūst un ievieto zieda putekšņlapās. Katrā putekšņlapā ir antena un katrā aste ir četras mikrosporanģijas, kuras sauc par ziedputekšņu maisiņiem.

Katrā ziedputekšņu maisiņā atrodas mikrosporu, tas ir, ziedputekšņu graudu cilmes šūnas. Visās cilmes šūnās notiek meiotisks process, un no katras cilmes šūnas iegūst četras haploīdas mikrosporas.

Mikrosporas aug un attīstās nenobriedušā ziedputekšņu graudā. Šajos nenobriedušajos ziedputekšņu graudos ir šūna, no kuras rodas "ziedputekšņu caurule", un ģeneratīvā šūna, kas ražos divas spermas šūnas.

Pirms ziedputekšņu izdalīšanās no putekšņiem tiek izveidots olbaltumvielu ārējais aizsargājošais apvalks, ko sauc par exin, un cita proteīna, intin, iekšējais aizsargājošais apvalks. Daudzas augu sugas var identificēt pēc modeļa, kas veidojas uz ziedputekšņu graudu iekšējā apvalka.

Ziedputekšņu graudu galīgā veidošanās notiek ar putekšņu caurules “dīgšanu”, tas notiek tikai pēc tam, kad ziedputekšņu graudi ir nogulti uz zieda stigmas, kas vēlāk apputeksnējas.

Atsauces

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Sieviešu un vīriešu gametoģenēze. Klīniskajā reproduktīvajā medicīnā un ķirurģijā (19.-45. Lpp.). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., un Hilscher, B. (1976). Vīriešu gametoģenēzes kinētika. Andrologia, 8. (2), 105–116.
3. Makkoriks, S. (1991). Vīriešu gametoģenēzes molekulārā analīze augos. Tendences ģenētikā, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, janvāris). Gamete veidošanās atiestata novecošanās pulksteni raugā. Cold Spring Harbor simpozijos par kvantitatīvo bioloģiju (76. sēj., 73. – 80. Lpp.). Aukstā pavasara ostas laboratorijas prese.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (Red.). (2012). Reprodukcijas ultrastruktūra: gametoģenēze, mēslošana un embrioģenēze (2. sējums). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ, & Amon, A. (2011). Ievads gametoģenēzē. Karaliskās biedrības B filozofiskie darījumi: Bioloģiskās zinātnes, 366 (1584), 3521–3531.
7. Vilsons, ZA, un Jangs, C. (2004). Augu gametoģenēze: saglabāšanās un kontrasti attīstībā. Reproducēšana, 128 (5), 483–492.