QUÈ ÉS LA GAMETOGÈNESI? PROCÉS I FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

La gametogènesi és la formació dels gàmetes o cèl·lules sexuals en els éssers vius. Aquest procés els permet als individus transformar i transmetre alguns dels canvis temporals en l'expressió dels seus gens, que van ser "induïts" per senyals externes, a la seva descendència.

Tots els individus que posseeixen reproducció sexual produeixen regularment dues classes de cèl·lules germinatives que són anomenades "gàmetes". Aquestes cèl·lules no poden desenvolupar-se directament com les espores dels fongs, és a dir, no sempre poden donar lloc, per si sols, a un nou individu.

Esquema representatiu de la gametogènesi femenina i masculina (Font: Elversberg via Wikimedia Commons)

Tots dos tipus de cèl·lules, el gàmeta masculí i el gàmeta femení s'han de fusionar una amb l'altra en un esdeveniment conegut com "fecundació". Únicament després de la fecundació, la cèl·lula producte d'aquesta fusió, el zigot, podrà donar origen a un nou individu.

Els gàmetes de gran quantitat d'animals es sintetitzen a partir de les gònades, que són òrgans estrictament especialitzats en aquesta funció. Les gònades tenen un epiteli germinatiu amb cèl·lules anomenades "gonias", a les quals deuen el seu nom. Les gonias són morfològicament iguals en tots dos sexes. No obstant això, en els mascles aquestes són anomenades "espermatogonis" i en les femelles són anomenades "ovogonias".

La gametogènesi engloba tant l'espermatogènesi com la ovogènesi i tots dos processos són homòlegs, compartint tres passos fonamentals per a la formació dels gàmetes.

La gametogènesi es distingeix per ser un procés de divisió cel·lular a través del qual es redueix la càrrega cromosòmica d'un individu a la meitat, el que és possible gràcies a la divisió meiòtica, on ocorren dues segregacions cromosòmiques consecutives.

La producció de les cèl·lules sexuals en un animal o en una planta depèn de diversos factors, entre els quals destaquen principalment l'expressió diferencial d'alguns gens que codifiquen les "instruccions" necessàries tant perquè tinguin lloc les divisions cel·lulars com perquè es desencadenin els canvis morfogenètics corresponents.

gametogènesi masculina

La gametogènesi masculina és el procés pel qual les espermatogonis maduren i es diferencien en espermatozoides. Aquest és un procés complex en el qual les cèl·lules mare totipotencials es divideixen per produir unes cèl·lules filles que es convertiran en espermatozous.

En la majoria dels éssers vius que tenen gametogènesi masculina, aquesta no es porta a terme sinó fins a una edat de desenvolupament determinada. En el cas dels humans, aquesta comença a ocórrer durant la pubertat i continua durant la resta de la vida.

La gametogènesi masculina en molts animals, inclòs l'home, és anomenada "espermatogènesi" i consisteix en tres passos: la proliferació mitòtica, la proliferació meiòtica i el remodelat cel·lular.

procés

La espermatogènesi comença amb una mitosi que augmenta el nombre de espermatogonis. Les espermatogonis són una població de cèl·lules que es troben en constant divisió mitòtica, ja que són les encarregades de renovar a les cèl·lules mare per originar als espermatozoides.

Així doncs, el procés mitòtic en la gametogènesi masculina és crucial per a la proliferació i el manteniment de les espermatogonis.

Algunes de les espermatogonis originades per mitosi augmenten de mida fins a esdevenir espermatòcits primaris. Cada espermatòcit primari pateix una reducció de la càrrega cromosòmica a través d'una primera divisió meiòtica (meiosi I) del que en resulten dos espermatòcits secundaris.

Els espermatòcits secundaris entren en una segona divisió meiòtica (meiosi II), però en aquesta no passa interfície (no es torna a dividir la càrrega cromosòmica) pel que les cèl·lules resultants tenen la mateixa càrrega cromosòmica, és a dir són haploides.

Les cèl·lules haploides resultants són cridades espermàtides i cadascuna pot contenir únicament els cromosomes d'origen matern, patern o bé una barreja de proporcions variables dels cromosomes dels dos parentals.

Les espermàtides entren en un procés anomenat "espermiogènesi", en el qual passen per diversos canvis morfològics, condensen els seus cromosomes, allarguen el seu flagell, redueixen el seu contingut citoplasmàtic i, finalment, es transformen en espermatozoides madurs (tot i que la maduració, en molts casos, culmina mentre aquests són alliberats en el tracte reproductor femení).

funcions

Tot i que l'espermatogènesi passa contínuament al llarg de la vida reproductiva d'un animal adult, aquest procés té l'únic propòsit de produir les cèl·lules per mitjà de les quals es transmetrà la seva informació genètica a la descendència, la qual cosa serà possible únicament a través de la reproducció sexual amb una femella de la seva mateixa espècie.

A més, això els permet als mascles de les espècies barrejar la informació genètica dels seus predecessors i la seva pròpia amb la de la femella per augmentar la variabilitat genètica de les cries.

Aquesta capacitat de poder barrejar la informació genètica contribueix al fet que les espècies adquireixin qualitats importants, que les poden ajudar a superar els canvis o les condicions desfavorables de l'medi ambient en el qual habiten.

gametogènesi femenina

La gametogènesi femenina o oogènesi ha estat un dels processos més estudiats al llarg de la història de la humanitat. Al seu estudi s'han dedicat científics de diverses àrees com la medicina, la biologia, l'economia, la sociologia i les polítiques públiques, etc.

El metge anglès William Harvey va formular una frase cèlebre sobre l'ovogènesi que resa: "tot el que és viu prové de l'ou".

Al llarg de la vida de molts dels animals femenins es produeixen prop d'1 a 2 milions d'ovòcits, però només entre 300 i 400 dels ovòcits maduren i són "ovulados". En les femelles de moltes espècies animals, després de la pubertat, cada mes es desenvolupen una o diverses les ovogonias, formant òvuls madurs.

procés

Les cèl·lules germinals de l'ovari, anomenades oogonias o ovogonias, incrementen el seu nombre a través de la mitosi. Cada Oogoni resultant té el mateix nombre de cromosomes que les altres cèl·lules somàtiques. Una vegada que les ovogonias deixen de multiplicar-se, creixen en grandària i es converteixen en ovòcits primaris.

Abans que passi la primera divisió meiòtica, els cromosomes en els oòcits primaris es reuneixen en parells amb els seus cromosomes homòlegs, la meitat heretats de la mare i l'altra meitat de el pare.

Representació de l'cicle menstrual. 1) Menstruació; 2) Maduració de l'fol·licle; 3) Fol·licle madur; 4) Corpus luteum i 5) Degradació de l'corpus luteum (Font: M.Komorniczak, via Wikimedia Commons)

Després passa la primera divisió "reduccional" o de maduració, és a dir, la primera meiosi. Aquesta divisió resulta en dues cèl·lules, una cèl·lula amb la meitat de l'material genètic, amb un pobre contingut citoplasmàtic i que es coneix com el "primer cos polar".

La segona cèl·lula resultant de la primera meiosi és de grans dimensions i molt més rica en contingut citoplasmàtic que el cos polar, a més, aquesta cèl·lula posseeix l'altra meitat de l'contingut genètic de l'oòcit primari que li va donar origen. A aquesta segona cèl·lula se li denomina "oòcit secundari".

A la segona divisió meiòtica, l'oòcit secundari i el primer cos polar es divideixen, formant una gran "ovótida" i tres cossos polars petits, respectivament. La ovótida creix i es transforma per donar origen a un òvul madur.

Els cossos polars no són funcionals i acaben desintegrant-se, però la seva formació és necessària per descarregar a l'òvul de l ' "excés" de cromosomes. Al seu torn, la divisió citoplasmàtica desigual permet que es produeixi una cèl·lula gran amb suficient material de reserva per al desenvolupament d'un nou individu.

funcions

A l'igual que la gametogènesi masculina, la gametogènesi femenina té com a fi últim produir a l'gàmeta femení. No obstant això, aquest gàmeta posseeix característiques i funcions diferents a l'gàmeta masculí.

A l'igual que en la síntesi dels gàmetes masculins, els gàmetes femenins també barregen la informació genètica dels parentals i de l 'individu que els produeix per transmetre aquesta informació i, a el mateix temps augmentar la variabilitat genètica de les seves cries.

Tot i que en la gametogènesi femenina dels ovòcits primaris donen lloc a un únic òvul funcional (gàmeta femení) aquests tenen tot el material nutritiu per donar origen a el nou individu un cop passi la fecundació de la mateixa.

És de notar que, en els humans, per exemple, la gametogènesi femenina és un procés continu des de la pubertat, però és finit, és a dir, en el fetus d'un nadó amb sexe femení es formen tots els oòcits primaris que tindrà una dona a tota la seva vida, els quals es van "perdent" amb la menstruació tots els mesos.

Gametogènesi en plantes

Només a les plantes superiors es parla de gametogènesi pròpiament dita i el procés en les plantes és bastant semblant a el dels animals.

La diferència principal rau en el fet que les plantes tenen la capacitat de produir gàmetes en una etapa de desenvolupament tardana, que no ha estat per defecte prèviament, mentre que, en els animals, la formació dels gàmetes es limita a regions específiques que han estat establertes durant el desenvolupament embrionari.

Gamtogénesis en plantes amb flor (Font: Pablo damiani2 via Wikimedia Commons)

Una altra característica important és que tot i que la fertilitat dels gàmetes es pot veure afectada molt freqüentment per les mutacions genètiques, poques vegades aquestes mutacions són letals per a la descendència.

A les plantes superiors els gàmetes masculí i femení són el gra de pol·len i l'òvul, respectivament. Tant l'òvul com el gra de pol·len són sèssils (immòbils) i es troben a l'interior de cadascun dels seus gametòfits corresponents (que són anàlegs a les gònades).

gametogènesi femenina

En les plantes amb flor, els llocs de producció dels òvuls es coneixen com a "megasporangios" i es troben a l'interior d'un ovari que conté un o múltiples òvuls. Cada òvul està format per un megasporangio denominat nucela i es troba envoltat per un o diversos teguments.

Els teguments s'ajunten en un extrem per formar el micrópilo, obertura per la qual penetrarà el tub pol·línic de l'gra de pol·len. Dins dels megasporangios, una cèl·lula coneguda com "megasporocito" actua com a cèl·lula mare de la megaspora (òvul).

El megasporocito experimenta meiosi i forma quatre megasporas haploides. Tres de les megasporas solen desintegrar-se i la més llunyana a l'micrópilo sobreviu i es transforma en el megagametofito.

En la majoria de les angiospermes el megagametofito en desenvolupament produeix 08:00 nuclis. Quatre nuclis van a un extrem de l'òvul i els altres quatre es dirigeixen a l'altre. Un nucli de cada un dels extrems migra cap al centre de l'òvul, aquests es coneixen com a "nuclis polars".

Els nuclis restants en cada extrem formen cèl·lules i una d'aquestes cèl·lules a prop de l'micrópilo es desenvoluparà en una ovocélula madura.

El megagametofito madur està format per 8 nuclis en 7 cèl·lules diferents. Aquest també és conegut com "sac embrionari", ja que l'embrió es desenvolupa al seu interior després que ocorre la fecundació.

gametogènesi masculina

Els grans de pol·len o microgametofitos es produeixen i s'allotgen en els estams de la flor. Cada estam té una antera i cada antera sol posseir quatre microsporangios, que són coneguts com sacs pol·línics.

Dins de cada sac pol·línic es troben les cèl·lules mare de les microsporas, és a dir, dels grans de pol·len. Totes les cèl·lules mare experimenten un procés meiòtic i, de cada cèl·lula mare es produeixen quatre microsporas haploides.

Les microsporas creixen i es desenvolupen fins a convertir-se en un gra de pol·len immadur. Aquests grans de pol·len immadurs tenen una cèl·lula de la qual sorgeix el "tub pol·línic" i una cèl·lula generativa, que produirà dues cèl·lules espermàtiques.

Abans que el pol·len sigui alliberat des de l'antera, aquest desenvolupa una coberta protectora externa d'una proteïna anomenada exina i una coberta protectora interna d'una altra proteïna, la intina. Moltes espècies de plantes poden ser identificades mitjançant el patró que es desenvolupa a la coberta interna els grans de pol·len.

El desenvolupament final de l'gra de pol·len es produeix amb la "germinació" de el tub pol·línic, això només passa després que el gra de pol·len és dipositat en l'estigma de la flor que subseqüentment polinizará.

referències

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Female and male gametogènesi. In Clinical reproductive medicine and surgery (pp. 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., & Hilscher, B. (1976). Kinetics of the male gametogènesi. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. Mccormick, S. (1991). Molecular analysis of male gametogènesi in plants. Trends in Genetics, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, I., & Amon, A. (2011, January). Gamete formation resets the aging clock in yeast. In Cold Spring Harbor symposia on quantitative biology (Vol. 76, pp. 73-80). Cold Spring Harbor Laboratory Press.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (Eds.). (2012). Ultrastructure of Reproduction: gametogènesi, Fertilization, and Embryogenesis (Vol. 2). Springer Science & Business Mitjana.
6. Van Werven, FJ, & Amon, A. (2011). Regulation of entry into gametogènesi. Transaccions filosòfiques de la Royal Society B: Biological Sciences, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA, & Yang, C. (2004). Plant gametogènesi: conservation and contrasts in development. Reproduction, 128 (5), 483-492.