HVAD ER GAMETOGENESE? PROCES OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den gametogenese er dannelsen af kønsceller eller køn celler i levende organismer. Denne proces giver individer mulighed for at transformere og overføre nogle af de midlertidige ændringer i ekspressionen af ​​deres gener, som blev "induceret" af eksterne signaler, til deres afkom.

Alle personer, der har seksuel reproduktion, producerer regelmæssigt to slags kimceller, der kaldes "gameter". Disse celler kan ikke udvikle sig direkte som sporer af svampe, dvs. de kan ikke altid give anledning til et nyt individ.

Repræsentativ skematisk af kvindelig og mandlig gametogenese (Kilde: Elversberg via Wikimedia Commons)

Begge typer celler, det mandlige gamet, og det kvindelige gamet, skal smelte sammen med hinanden i en hændelse kendt som "befrugtning". Først efter befrugtning kan celleproduktet af denne fusion, zygoten, give anledning til et nyt individ.

Gametene fra et stort antal dyr syntetiseres fra gonaderne, som er organer, der er strengt specialiserede i denne funktion. Gonaderne har et spirende epitel med celler kaldet "gonias", som de skylder deres navn. Gonias er morfologisk de samme hos begge køn. Hos mænd kaldes disse imidlertid "spermatogonia", og hos kvinder kaldes de "oogonia".

Gametogenese omfatter både spermatogenese og oogenese, og begge processer er homologe og deler tre grundlæggende trin til dannelse af gameter.

Gametogenese kendetegnes for at være en proces med celledeling, gennem hvilken den enkeltes kromosomale belastning reduceres med halvdelen, hvilket er muligt takket være meiotisk opdeling, hvor to på hinanden følgende kromosomale segregeringer forekommer.

Produktionen af ​​kønsceller i et dyr eller en plante afhænger af adskillige faktorer, blandt hvilke den differentielle ekspression af nogle gener, der koder for de "instruktioner", der er nødvendige både for at celledelingerne skal finde sted, og for at ændringer, der skal udløses, skiller sig ud. tilsvarende morfogenetisk.

Mandlig gametogenese

Mandlig gametogenese er den proces, hvormed spermatogonia modnes og differentieres til sædceller. Dette er en kompleks proces, hvor totipotentielle stamceller deler sig for at producere datterceller, der bliver sædceller.

I de fleste levende ting, der har mandlig gametogenese, finder dette ikke sted før i en bestemt udviklingsalder. For mennesker begynder det at forekomme i puberteten og fortsætter resten af ​​livet.

Mandlig gametogenese hos mange dyr, inklusive mennesker, kaldes "spermatogenese" og består af tre trin: mitotisk spredning, meiotisk spredning og celleomdannelse.

Behandle

Spermatogenese begynder med en mitose, der øger antallet af spermatogoni. Spermatogonia er en population af celler, der er i konstant mitotisk opdeling, da de er ansvarlige for at fornye stamceller til at opstå sædceller.

Således er den mitotiske proces ved mandlig gametogenese afgørende for spredning og vedligeholdelse af spermatogoni.

Nogle af spermatogonerne forårsaget af mitose øges i størrelse for at blive primære spermatocytter. Hver primær spermatocyt gennemgår en reduktion i kromosomal belastning gennem en første meiotisk opdeling (meiose I), hvilket resulterer i to sekundære spermatocytter.

Sekundære spermatocytter indgår i en anden meiotisk opdeling (meiose II), men i dette forekommer ingen grænseflade (den kromosomale belastning er ikke opdelt igen), så de resulterende celler har den samme kromosomale belastning, dvs. de er haploide.

De resulterende haploide celler kaldes spermatider, og hver kan kun indeholde kromosomer af moderlig eller faderlig oprindelse eller en blanding af varierende proportioner af kromosomerne hos begge forældre.

Spermatider indgår i en proces kaldet "spermiogenese", hvor de gennemgår forskellige morfologiske ændringer, kondenserer deres kromosomer, forlænger deres flagellum, reducerer deres cytoplasmatiske indhold og til sidst bliver modne sædceller (selvom modning i mange tilfælde, kulminerer, mens disse frigives i den kvindelige reproduktive kanal).

Funktioner

På trods af det faktum, at spermatogenese forekommer kontinuerligt gennem et voksent dyrs reproduktive liv, har denne proces det eneste formål at fremstille de celler, gennem hvilke dens genetiske information vil blive overført til afkom, hvilket kun er muligt at gennem seksuel reproduktion med en kvinde af samme art.

Derudover tillader dette, at mændene af arten kan blande deres genetiske genetiske oplysninger og deres egne med kvindens for at øge afkomets genetiske variation.

Denne evne til at blande genetisk information hjælper arter med at erhverve vigtige egenskaber, der kan hjælpe dem med at overvinde ændringer eller ugunstige forhold i det miljø, de lever i.

Kvindelig gametogenese

Kvindelig gametogenese eller oogenese har været en af ​​de mest studerede processer gennem menneskehedens historie. Forskere fra forskellige områder som medicin, biologi, økonomi, sociologi og offentlig politik osv. Har dedikeret sig til dets undersøgelse.

Den engelske læge William Harvey formulerede en berømt sætning om oogenese, der lyder: ”alt, hvad der er i live, kommer fra ægget”.

I mange kvindelige dyrs levetid produceres ca. 1 til 2 millioner oocytter, men kun 300 til 400 af oocytterne modnes og er "ægløsning". Hos hunner af mange dyrearter udvikles en eller flere oogonia hver gang efter puberteten og danner modne æg.

Behandle

Æggkirtelcellerne, kaldet oogonia eller oogonia, stiger i antal gennem mitose. Hver resulterende oogonia har det samme antal kromosomer som de andre somatiske celler. Når oogonia ophører med at formere sig, vokser de i størrelse og bliver primære oocytter.

Før den første meiotiske opdeling finder sted parres kromosomerne i de primære oocytter med deres homologe kromosomer, halvt nedarvet fra moderen og halvdelen fra faderen.

Repræsentation af menstruationscyklussen. 1) Menstruation; 2) Modning af folliklen; 3) Ældre follikler; 4) Corpus luteum og 5) Nedbrydning af corpus luteum (Kilde: M.Komorniczak, via Wikimedia Commons)

Derefter forekommer den første "reduktion" eller modning deling, det vil sige den første meiose. Denne opdeling resulterer i to celler, en celle med halvdelen af ​​det genetiske materiale, med dårligt cytoplasmatisk indhold og kendt som den ”første polære krop”.

Den anden celle, der er resultatet af den første meiose, er stor og meget rigere på cytoplasmatisk indhold end det polære legeme, derudover har denne celle den anden halvdel af det genetiske indhold af den primære oocyt, der gav anledning til den. Denne anden celle kaldes en "sekundær oocyt".

I den anden meiotiske opdeling deler den sekundære oocyt og den første polære krop sig, idet de danner henholdsvis en stor "ovotid" og tre små polære legemer. Ægglossen vokser og transformerer for at give anledning til en moden æg.

De polære legemer er ikke funktionelle og ender med at nedbrydes, men deres dannelse er nødvendig for at udløse æg fra "overskydende" af kromosomer. Til gengæld tillader den ujævne cytoplasmatiske opdeling, at der produceres en stor celle med tilstrækkeligt reservemateriale til udvikling af et nyt individ.

Funktioner

Som mandlig gametogenese har kvindelig gametogenese det endelige mål at fremstille den kvindelige gamet. Imidlertid har denne gamet forskellige egenskaber og funktioner end den mandlige gamet.

Som i syntesen af ​​mandlige gameter, blander kvindelige gameter også den genetiske information fra forældrene og individet, der producerer dem for at overføre nævnte information og på samme tid øge den genetiske variation i deres afkom.

På trods af det faktum, at de primære oocytter i kvindelig gametogenese giver anledning til en enkelt funktionel æg (kvindelig gamet), har de alt det ernæringsmæssige materiale, der skal give anledning til det nye individ, når befrugtningen finder sted.

Det er bemærkelsesværdigt, at for eksempel kvindelig gametogenese hos mennesker er en kontinuerlig proces fra puberteten, men den er begrænset, det vil sige i fosteret til en kvindelig køns baby, der dannes alle de primære oocytter, som en kvinde vil have i hele deres liv, som er "mistet" med menstruation hver måned.

Gametogenese i planter

Kun i højere planter taler man om korrekt gametogenese, og processen i planter ligner dyrets.

Den største forskel er, at planter har evnen til at producere gameter i et sent udviklingsstadium, som ikke tidligere er blevet forudbestemt, mens dannelsen af ​​gameter i dyr er begrænset til specifikke regioner, der er etableret i løbet af embryonal udvikling.

Gamtogenese i blomstrende planter (Kilde: Pablo damiani2 via Wikimedia Commons)

Et andet vigtigt træk er, at selvom gametes fertilitet meget ofte kan påvirkes af genetiske mutationer, er disse mutationer sjældent dødbringende for afkommet.

I højere planter er det mandlige og kvindelige gamet henholdsvis pollenkorn og æg. Både æghulen og pollenkornet er stedsomme (immobile) og findes inde i hver af deres tilsvarende gametofytter (som er analoge med gonader).

Kvindelig gametogenese

I blomstrende planter er produktionen af ​​ægløsning kendt som "megasporangia" og findes i en æggestokk, der indeholder en eller flere æg. Hver ægløsning består af et megasporangium kaldet en nucela og er omgivet af et eller flere heltal.

Heltegterne samles i den ene ende for at danne mikropylen, en åbning, gennem hvilken pollenkornets pollenrør trænger igennem. Inden for megasporangia fungerer en celle, der kaldes en “megasporocyt”, som morcellen i megaspore (ægløsning).

Megasporocytten gennemgår meiose og danner fire haploide megasporer. Tre af megasporerne går normalt i opløsning, og den længst væk fra mikropylen overlever og bliver megagametofyten.

I de fleste angiospermer producerer den udviklende megagametofyt otte kerner. Fire kerner går til den ene ende af ægget og de andre fire går til den anden. En kerne fra hver ende migrerer mod midten af ​​ægløsningen, disse er kendt som "polære kerner".

De resterende kerner i hver ende danner celler, og en af ​​disse celler nær mikropylen vil udvikle sig til en moden ægcelle.

Den modne megagametophyte består af 8 kerner i 7 forskellige celler. Dette er også kendt som "embryosækken", da embryoet udvikler sig inde efter, at befrugtning finder sted.

Mandlig gametogenese

Pollenkorn eller mikrogametofytter produceres og indlejres i blomsterpollen. Hver stamen har en anther, og hver anther har normalt fire mikrosporangia, der er kendt som pollensække.

Inde i hver pollensæk er stamcellerne i mikrosporer, det vil sige af pollenkorn. Alle stamceller gennemgår en meiotisk proces, og fire haploide mikrosporer fremstilles fra hver stamcelle.

Mikrosporer vokser og udvikler sig til et umodent pollenkorn. Disse umodne pollenkorn har en celle, hvorfra "pollenrøret" opstår, og en generativ celle, der vil producere to sædceller.

Før pollen frigives fra antheren, udvikler det en ydre beskyttende skal af et protein kaldet eksin og et indre beskyttende skall af et andet protein, intin. Mange plantearter kan identificeres gennem det mønster, der udvikler sig på den indvendige dækning af pollenkorn.

Den endelige udvikling af pollenkornet sker med "spiringen" af pollenrøret, dette sker først, når pollenkornet er afsat på stigmaet i blomsten, som derefter vil bestøve.

Referencer

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Gametogenese af kvinder og mænd. I klinisk reproduktionsmedicin og kirurgi (s. 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., & Hilscher, B. (1976). Kinetik af den mandlige gametogenese. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Molekylær analyse af mandlig gametogenese i planter. Trends in Genetics, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, januar). Gametdannelse nulstiller det aldrende ur i gær. I Cold Spring Harbor-symposier om kvantitativ biologi (bind 76, s. 73-80). Cold Spring Harbor Laboratory Press.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (Eds.). (2012). Reproduktions Ultrastruktur: Gametogenese, befrugtning og embryogenese (bind 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ, & Amon, A. (2011). Regulering af indtræden i gametogenese. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biologiske videnskaber, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA, & Yang, C. (2004). Plante gametogenese: bevarelse og kontraster i udvikling. Reproduktion, 128 (5), 483-492.