WAT IS GAMETOGENESE? PROCES EN FUNCTIES - BIOLOGIE - 2025

De gametogenese is de vorming van gameten of geslachtscellen in levende organismen. Dit proces stelt individuen in staat om enkele van de tijdelijke veranderingen in de expressie van hun genen, die werden "geïnduceerd" door externe signalen, te transformeren en door te geven aan hun nakomelingen.

Alle individuen met seksuele voortplanting produceren regelmatig twee soorten kiemcellen die "gameten" worden genoemd. Deze cellen kunnen zich niet rechtstreeks ontwikkelen zoals de sporen van schimmels, dat wil zeggen dat ze niet altijd op zichzelf een nieuw individu kunnen voortbrengen.

Representatief schema van vrouwelijke en mannelijke gametogenese (Bron: Elversberg via Wikimedia Commons)

Beide typen cellen, de mannelijke gameet en de vrouwelijke gameet, moeten met elkaar versmelten in een gebeurtenis die bekend staat als 'bevruchting'. Pas na bevruchting kan het celproduct van deze fusie, de zygote, aanleiding geven tot een nieuw individu.

De gameten van een groot aantal dieren worden gesynthetiseerd uit de geslachtsklieren, organen die strikt gespecialiseerd zijn in deze functie. De geslachtsklieren hebben een kiemend epitheel met cellen die "gonia's" worden genoemd, waaraan ze hun naam te danken hebben. Gonieën zijn morfologisch hetzelfde bij beide geslachten. Bij mannen worden deze echter "spermatogonia" genoemd en bij vrouwen worden ze "oogonia" genoemd.

Gametogenese omvat zowel spermatogenese als oögenese en beide processen zijn homoloog en delen drie fundamentele stappen voor de vorming van gameten.

Gametogenese onderscheidt zich als een proces van celdeling waardoor de chromosomale belasting van een individu met de helft wordt verminderd, wat mogelijk is dankzij meiotische deling, waarbij twee opeenvolgende chromosomale segregaties plaatsvinden.

De productie van geslachtscellen in een dier of plant hangt af van verschillende factoren, waaronder de differentiële expressie van sommige genen die coderen voor de "instructies" die nodig zijn om zowel celdelingen te laten plaatsvinden als om veranderingen teweeg te brengen. overeenkomstige morfogenetische.

Mannelijke gametogenese

Mannelijke gametogenese is het proces waarbij spermatogonia volwassen wordt en zich differentiëren tot sperma. Dit is een complex proces waarbij totipotentiële stamcellen zich delen om dochtercellen te produceren die sperma worden.

In de meeste levende wezens die mannelijke gametogenese hebben, vindt dit pas plaats op een bepaalde ontwikkelingsleeftijd. In het geval van mensen begint het tijdens de puberteit te gebeuren en gaat het de rest van het leven door.

Mannelijke gametogenese bij veel dieren, waaronder de mens, wordt "spermatogenese" genoemd en bestaat uit drie stappen: mitotische proliferatie, meiotische proliferatie en celremodellering.

Werkwijze

Spermatogenese begint met een mitose die het aantal spermatogonia verhoogt. Spermatogonia is een populatie van cellen die in constante mitotische deling zijn, omdat ze verantwoordelijk zijn voor het vernieuwen van stamcellen om sperma te produceren.

Het mitotische proces bij mannelijke gametogenese is dus cruciaal voor de proliferatie en instandhouding van spermatogonia.

Sommige van de spermatogonia die door mitose worden veroorzaakt, worden groter en worden primaire spermatocyten. Elke primaire spermatocyt ondergaat een vermindering van de chromosomale belasting door een eerste meiotische deling (meiose I), wat resulteert in twee secundaire spermatocyten.

Secundaire spermatocyten gaan een tweede meiotische deling binnen (meiose II), maar hierin vindt geen interface plaats (de chromosomale belasting wordt niet opnieuw verdeeld), dus de resulterende cellen hebben dezelfde chromosomale belasting, dat wil zeggen, ze zijn haploïde.

De resulterende haploïde cellen worden spermatiden genoemd en elk kan alleen de chromosomen van moeder- of vaderlijke oorsprong bevatten of een mengsel van verschillende verhoudingen van de chromosomen van beide ouders.

Spermatiden gaan een proces binnen dat 'spermiogenese' wordt genoemd, waarin ze verschillende morfologische veranderingen ondergaan, hun chromosomen condenseren, hun flagellum verlengen, hun cytoplasmatische inhoud verminderen en uiteindelijk volwassen sperma worden (hoewel ze in veel gevallen rijpen) culmineert terwijl deze worden vrijgegeven in het vrouwelijke voortplantingsstelsel).

Kenmerken

Ondanks het feit dat spermatogenese continu plaatsvindt gedurende het reproductieve leven van een volwassen dier, heeft dit proces het enige doel om de cellen te produceren waardoor zijn genetische informatie zal worden doorgegeven aan het nageslacht, wat alleen mogelijk zal zijn voor door seksuele voortplanting met een vrouwtje van dezelfde soort.

Bovendien kunnen de mannetjes van de soort de genetische informatie van hun voorgangers en die van henzelf mengen met die van het vrouwtje om de genetische variabiliteit van de nakomelingen te vergroten.

Dit vermogen om genetische informatie te combineren, helpt soorten belangrijke eigenschappen te verwerven die hen kunnen helpen veranderingen of ongunstige omstandigheden in de omgeving waarin ze leven te overwinnen.

Vrouwelijke gametogenese

Vrouwelijke gametogenese of oögenese is een van de meest bestudeerde processen in de geschiedenis van de mensheid. Wetenschappers uit verschillende gebieden, zoals geneeskunde, biologie, economie, sociologie en openbaar beleid, enz., Hebben zich aan de studie gewijd.

De Engelse arts William Harvey formuleerde een beroemde zin over oögenese die luidt: "alles wat leeft komt uit het ei".

Gedurende de levensduur van veel vrouwelijke dieren worden ongeveer 1 tot 2 miljoen eicellen geproduceerd, maar slechts 300 tot 400 van de eicellen rijpen en worden "geovuleerd". Bij vrouwtjes van vele diersoorten ontwikkelen zich na de puberteit elke maand een of meer oögonia, waarbij rijpe eitjes worden gevormd.

Werkwijze

De kiemcellen van de eierstok, oögonia of oögonia genaamd, nemen in aantal toe door mitose. Elke resulterende oögonia heeft hetzelfde aantal chromosomen als de andere somatische cellen. Zodra de oögonia stopt met vermenigvuldigen, groeien ze in omvang en worden ze primaire eicellen.

Voordat de eerste meiotische deling plaatsvindt, worden de chromosomen in de primaire eicellen gepaard met hun homologe chromosomen, de helft geërfd van de moeder en de andere helft van de vader.

Vertegenwoordiging van de menstruatiecyclus. 1) menstruatie; 2) rijping van de follikel; 3) Rijpe follikel; 4) Corpus luteum en 5) Degradatie van het corpus luteum (Bron: M.Komorniczak, via Wikimedia Commons)

Dan vindt de eerste "reducerende" of rijpingsdeling plaats, dat wil zeggen de eerste meiose. Deze deling resulteert in twee cellen, een cel met de helft van het genetisch materiaal, met een laag cytoplasmatisch gehalte en bekend als het "eerste poollichaam".

De tweede cel die het resultaat is van de eerste meiose is groot en veel rijker aan cytoplasmatische inhoud dan het poollichaam. Bovendien heeft deze cel de andere helft van de genetische inhoud van de primaire eicel die hem heeft veroorzaakt. Deze tweede cel wordt een "secundaire eicel" genoemd.

In de tweede meiotische deling splitsen de secundaire eicel en het eerste poollichaam zich en vormen respectievelijk een grote "ovotide" en drie kleine poollichamen. De eicel groeit en transformeert om een ​​volwassen eicel te doen ontstaan.

De poollichamen zijn niet functioneel en vallen uiteindelijk uiteen, maar hun vorming is nodig om de eicel van het "teveel" aan chromosomen af ​​te voeren. Door de ongelijke cytoplasmatische deling kan op zijn beurt een grote cel worden geproduceerd met voldoende reservemateriaal voor de ontwikkeling van een nieuw individu.

Kenmerken

Net als mannelijke gametogenese heeft vrouwelijke gametogenese het uiteindelijke doel om de vrouwelijke gameet te produceren. Deze gameet heeft echter andere kenmerken en functies dan de mannelijke gameet.

Net als bij de synthese van mannelijke gameten, mengen vrouwelijke gameten ook de genetische informatie van ouders en het individu dat ze produceert om deze informatie door te geven en tegelijkertijd de genetische variabiliteit van hun nakomelingen te vergroten.

Ondanks het feit dat bij vrouwelijke gametogenese de primaire eicellen aanleiding geven tot een enkele functionele eicel (vrouwelijke gameet), hebben ze al het voedingsmateriaal om het nieuwe individu te laten ontstaan ​​zodra de bevruchting plaatsvindt.

Het is opmerkelijk dat, bijvoorbeeld bij mensen, vrouwelijke gametogenese een continu proces is vanaf de puberteit, maar het is eindig, dat wil zeggen dat bij de foetus van een vrouwelijk geslacht alle primaire eicellen die een vrouw zal hebben, worden gevormd in hun hele leven, die elke maand "verloren" gaan met menstruatie.

Gametogenese in planten

Alleen bij hogere planten spreekt men van eigenlijke gametogenese en het proces in planten lijkt sterk op dat van dieren.

Het belangrijkste verschil is dat planten het vermogen hebben om gameten te produceren in een laat ontwikkelingsstadium, wat niet eerder vooraf is bepaald, terwijl bij dieren de vorming van gameten beperkt is tot specifieke regio's die zijn vastgesteld tijdens embryonale ontwikkeling.

Gamtogenese in bloeiende planten (Bron: Pablo damiani2 via Wikimedia Commons)

Een ander belangrijk kenmerk is dat hoewel de vruchtbaarheid van gameten zeer vaak kan worden beïnvloed door genetische mutaties, deze mutaties zelden dodelijk zijn voor het nageslacht.

In hogere planten zijn de mannelijke en vrouwelijke gameten respectievelijk de stuifmeelkorrel en de zaadknop. Zowel de zaadknop als de stuifmeelkorrel zijn zittend (onbeweeglijk) en worden aangetroffen in elk van hun overeenkomstige gametofyten (die analoog zijn aan geslachtsklieren).

Vrouwelijke gametogenese

In bloeiende planten staan ​​de productielocaties van de zaadknoppen bekend als "megasporangia" en worden aangetroffen in een eierstok die een of meerdere zaadknoppen bevat. Elke zaadknop bestaat uit een megasporangium, een nucela genaamd, en is omgeven door een of meer integumenten.

De integumenten komen aan één uiteinde samen om de micropyle te vormen, een opening waardoor de pollenbuis van de pollenkorrel zal doordringen. Binnen de megasporangia fungeert een cel die bekend staat als een "megasporocyt" als de moedercel van de megaspore (zaadknop).

De megasporocyt ondergaat meiose en vormt vier haploïde megaspores. Drie van de megaspores vallen gewoonlijk uiteen en degene die het verst van de micropyle verwijderd is, overleeft en wordt de megagametofyt.

In de meeste angiospermen produceert de zich ontwikkelende megagametofyt acht kernen. Vier kernen gaan naar het ene uiteinde van het ei en de andere vier gaan naar het andere. Een kern van elk van de uiteinden migreert naar het midden van de zaadknop, deze staan ​​bekend als "polaire kernen".

De resterende kernen aan elk uiteinde vormen cellen en een van deze cellen nabij de micropyle zal zich ontwikkelen tot een volwassen eicel.

De volwassen megagametofyt bestaat uit 8 kernen in 7 verschillende cellen. Dit wordt ook wel de "embryozak" genoemd, aangezien het embryo zich van binnen ontwikkelt nadat de bevruchting heeft plaatsgevonden.

Mannelijke gametogenese

Stuifmeelkorrels of microgametofyten worden geproduceerd en vastgezet in de meeldraden van de bloem. Elke meeldraad heeft een helmknop en elke helmknop heeft meestal vier microsporangia, die bekend staan ​​als pollenzakjes.

In elk stuifmeelzakje bevinden zich de stamcellen van microsporen, dat wil zeggen van stuifmeelkorrels. Alle stamcellen ondergaan een meiotisch proces en uit elke stamcel worden vier haploïde microsporen geproduceerd.

Microsporen groeien en ontwikkelen zich tot een onrijpe stuifmeelkorrel. Deze onrijpe stuifmeelkorrels hebben een cel waaruit de "stuifmeelbuis" ontstaat en een generatieve cel die twee zaadcellen zal produceren.

Voordat stuifmeel uit de helmknop vrijkomt, ontwikkelt het een buitenste beschermend omhulsel van een eiwit genaamd exin en een binnenste beschermend omhulsel van een ander eiwit, intin. Veel plantensoorten zijn te herkennen aan het patroon dat zich ontwikkelt op de binnenbekleding van stuifmeelkorrels.

De uiteindelijke ontwikkeling van de stuifmeelkorrel vindt plaats bij het “ontkiemen” van de stuifmeelbuis, dit gebeurt pas nadat de stuifmeelkorrel is afgezet op het stempel van de bloem die vervolgens gaat bestuiven.

Referenties

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, en Agarwal, A. (2017). Vrouwelijke en mannelijke gametogenese. In Clinical reproductive medicine and chirurgie (pp. 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., en Hilscher, B. (1976). Kinetiek van de mannelijke gametogenese. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Moleculaire analyse van mannelijke gametogenese in planten. Trends in Genetics, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, januari). Gametenvorming stelt de verouderingsklok in gist opnieuw in. In Cold Spring Harbor symposia over kwantitatieve biologie (Vol. 76, pp. 73-80). Cold Spring Harbor Laboratory Press.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (Eds.). (2012). Ultrastructuur van voortplanting: gametogenese, bemesting en embryogenese (deel 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ, & Amon, A. (2011). Regulatie van het binnenkomen in gametogenese. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA en Yang, C. (2004). Gametogenese van planten: conservering en contrasten in ontwikkeling. Reproductie, 128 (5), 483-492.