Сперматогенез

Процесс превращения исходно диплоидных стволовых клеток в гаплоидные сперматозоиды называют сперматогенезом. Иначе говоря, это процесс развития мужских половых клеток (рисунок 3.3). В сперматогенезе выделяют 4 периода:

1) период размножения;

2) период роста;

3) период созревания;

4) период формирования сперматозоида (спермиогенез).

Сперматогенез происходит в семенниках. У некоторых животных (губки, плоские черви) истинных гонад нет, и сперматогенез осуществляется в рассеянных по телу сперматогенных скоплениях.

В период размножения диплоидные мужские половые клетки – сперматогонии делятся митотически несколько раз. Популяция мужских гамет содержит стволовые клетки. При их делении могут появиться дочерние клетки, соединённые цитоплазматическими мостиками, образуя синхронно развивающийся клон.

В периоде роста половые клетки называются сперматоцитами первого порядка (сперматоцитами I). Они немного увеличиваются, в ядрах происходит профаза мейоза.

В течение периода созревания совершаются два деления созревания и осуществляется редукция числа хромосом. При первом делении (редукционном) к полюсам расходятся гомологичные хромосомы, при втором делении (эквационном) – сестринские хроматиды. После первого деления возникают сперматоциты II, а после второго деления – сперматиды.

Таким образом, из каждого сперматоцита I появляется два сперматоцита II, а затем 4 одинаковые по размерам гаплоидные клетки – сперматиды. Они более не делятся и вступают в период спермиогенеза. После ряда преобразований они превращаются в сперматозоиды (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 – Формирование сперматозоидов

Сперматозоиды должны быть высокоподвижными в окружающей среде, в том числе и в половых путях самок, поэтому они маленькие, лишены цитоплазмы и состоят только из головки (ядросодержащая часть) и хвоста, или жгутика (орган передвижения). На ультрамикроскопическом уровне в головке сперматозоида различают акросомальную и постакросомальную зоны, в хвосте – промежуточный, главный и хвостовой отделы. Цитолемма спермия по химическому строению и по степени электронной плотности неоднородна.

Большую часть головки занимает ядро, заполненное конденсированным хроматином и белками. Между ядром и передним участком цитоплазматической мембраны спермия находятся акросомальная вакуоль (специализированная лизосома, содержащая группу ферментов – лизинов, облегчающих внедрение в яйцеклетку).

Промежуточный отдел содержит аксонему (построена по типу реснички) и 9 продольных плотных элементов цитоскелета (состоят из кератиноподобных белков). В хвосте элементы цитоскелета исчезают, аксонема заканчивается 18-юодиночными микротрубочками. Общая длина сперматозоида примерно 60 мкм, из них 55 мкм приходится на хвост.

Энергию сперматозоиды получают за счет ферментативных процессов (анаэробы), дышат они с помощью гидрокарбоната в гонадах. Выйдя из яичка, сперматозоиды морфологически сформированы, но функционально не зрелы – неподвижны, не способны к оплодотворению. Они несут антигены, активирующиеся только в женских половых органах. Здесь сперматозоиды становятся подвижными и способны к оплодотворению.

Задание 1: Рассмотрите схемы гаметогенеза (рисунок 3.4). Не глядя в текст, восстановите подписи к рисункам. Укажите стадии жизненного цикла, фазы развития клеток, механизмы деления, количество хромосом в клетках. Проверьте себя.