COS'È LA GAMETOGENESI? PROCESSO E FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

La gametogenesi è la formazione di gameti o cellule sessuali negli organismi viventi. Questo processo consente agli individui di trasformare e trasmettere alcuni dei cambiamenti temporanei nell'espressione dei loro geni, che sono stati "indotti" da segnali esterni, alla loro prole.

Tutti gli individui che hanno una riproduzione sessuale producono regolarmente due tipi di cellule germinali che sono chiamate "gameti". Queste cellule non possono svilupparsi direttamente come le spore dei funghi, cioè non possono sempre dare origine, da sole, a un nuovo individuo.

Schema rappresentativo della gametogenesi femminile e maschile (Fonte: Elversberg tramite Wikimedia Commons)

Entrambi i tipi di cellule, il gamete maschile e il gamete femminile, devono fondersi tra loro in un evento noto come "fecondazione". Solo dopo la fecondazione, il prodotto cellulare di questa fusione, lo zigote, può dare origine a un nuovo individuo.

I gameti di un gran numero di animali vengono sintetizzati dalle gonadi, organi strettamente specializzati in questa funzione. Le gonadi hanno un epitelio germinativo con cellule chiamate "gonie", alle quali devono il loro nome. Le gonie sono morfologicamente le stesse in entrambi i sessi. Tuttavia, nei maschi questi sono chiamati "spermatogonia" e nelle femmine sono chiamati "oogonia".

La gametogenesi comprende sia la spermatogenesi che l'oogenesi ed entrambi i processi sono omologhi, condividendo tre passaggi fondamentali per la formazione dei gameti.

La gametogenesi si distingue per essere un processo di divisione cellulare attraverso il quale il carico cromosomico di un individuo viene ridotto della metà, cosa possibile grazie alla divisione meiotica, dove avvengono due segregazioni cromosomiche consecutive.

La produzione di cellule sessuali in un animale o in una pianta dipende da diversi fattori, tra i quali spicca l'espressione differenziale di alcuni geni che codificano le "istruzioni" necessarie sia perché si verifichino le divisioni cellulari sia perché si attivino i cambiamenti. morfogenetica corrispondente.

Gametogenesi maschile

La gametogenesi maschile è il processo mediante il quale gli spermatogoni maturano e si differenziano in sperma. Questo è un processo complesso in cui le cellule staminali totipotenziali si dividono per produrre cellule figlie che diventeranno spermatozoi.

Nella maggior parte degli esseri viventi che hanno la gametogenesi maschile, ciò non avviene fino a una certa età dello sviluppo. Nel caso degli esseri umani, inizia a verificarsi durante la pubertà e continua per il resto della vita.

La gametogenesi maschile in molti animali, compreso l'uomo, è chiamata "spermatogenesi" e consiste in tre fasi: proliferazione mitotica, proliferazione meiotica e rimodellamento cellulare.

Processi

La spermatogenesi inizia con una mitosi che aumenta il numero di spermatogoni. Gli spermatogoni sono una popolazione di cellule che sono in costante divisione mitotica, poiché hanno il compito di rinnovare le cellule staminali per originare lo sperma.

Pertanto, il processo mitotico nella gametogenesi maschile è cruciale per la proliferazione e il mantenimento della spermatogonia.

Alcuni degli spermatogoni causati dalla mitosi aumentano di dimensioni fino a diventare spermatociti primari. Ogni spermatocita primario subisce una riduzione del carico cromosomico attraverso una prima divisione meiotica (meiosi I) risultante in due spermatociti secondari.

Gli spermatociti secondari entrano in una seconda divisione meiotica (meiosi II), ma in questa non si verifica alcuna interfaccia (il carico cromosomico non viene nuovamente diviso), quindi le cellule risultanti hanno lo stesso carico cromosomico, cioè sono aploidi.

Le cellule aploidi risultanti sono chiamate spermatidi e ciascuna può contenere solo i cromosomi di origine materna o paterna o una miscela di proporzioni variabili dei cromosomi di entrambi i genitori.

Gli spermatidi entrano in un processo chiamato "spermiogenesi", in cui subiscono vari cambiamenti morfologici, condensano i loro cromosomi, allungano il loro flagello, riducono il loro contenuto citoplasmatico e, infine, diventano spermatozoi maturi (sebbene la maturazione, in molti casi, culmina mentre questi vengono rilasciati nel tratto riproduttivo femminile).

Caratteristiche

Nonostante il fatto che la spermatogenesi avvenga ininterrottamente durante tutta la vita riproduttiva di un animale adulto, questo processo ha il solo scopo di produrre le cellule attraverso le quali le sue informazioni genetiche verranno trasmesse alla prole, cosa che sarà possibile solo a attraverso la riproduzione sessuale con una femmina della stessa specie.

Inoltre, ciò consente ai maschi della specie di mescolare le informazioni genetiche dei loro predecessori e della propria con quella della femmina per aumentare la variabilità genetica della prole.

Questa capacità di mescolare le informazioni genetiche aiuta le specie ad acquisire qualità importanti che possono aiutarle a superare i cambiamenti o le condizioni sfavorevoli nell'ambiente in cui vivono.

Gametogenesi femminile

La gametogenesi femminile o oogenesi è stata uno dei processi più studiati nella storia dell'umanità. Scienziati di vari settori come la medicina, la biologia, l'economia, la sociologia e le politiche pubbliche, ecc. Si sono dedicati al suo studio.

Il medico inglese William Harvey ha formulato una famosa frase sull'oogenesi che recita: "tutto ciò che è vivo viene dall'uovo".

Nel corso della vita di molte femmine, vengono prodotti da 1 a 2 milioni di ovociti, ma solo 300-400 ovociti maturano e vengono "ovulati". Nelle femmine di molte specie animali, dopo la pubertà, ogni mese si sviluppano uno o più oogoni, formando ovuli maturi.

Processi

Le cellule germinali dell'ovaio, chiamate oogonia o oogonia, aumentano di numero attraverso la mitosi. Ogni oogonia risultante ha lo stesso numero di cromosomi delle altre cellule somatiche. Una volta che l'oogonia smette di moltiplicarsi, crescono di dimensioni e diventano ovociti primari.

Prima che si verifichi la prima divisione meiotica, i cromosomi negli ovociti primari sono accoppiati con i loro cromosomi omologhi, per metà ereditati dalla madre e per metà dal padre.

Rappresentazione del ciclo mestruale. 1) mestruazioni; 2) Maturazione del follicolo; 3) follicolo maturo; 4) Corpo luteo e 5) Degradazione del corpo luteo (Fonte: M.Komorniczak, tramite Wikimedia Commons)

Quindi avviene la prima divisione “riduttiva” o maturativa, cioè la prima meiosi. Questa divisione si traduce in due cellule, una cellula con metà del materiale genetico, con scarso contenuto citoplasmatico e conosciuta come il "primo corpo polare".

La seconda cellula risultante dalla prima meiosi è grande e molto più ricca di contenuto citoplasmatico rispetto al corpo polare, inoltre, questa cellula ha l'altra metà del contenuto genetico dell'ovocita primario che l'ha originata. Questa seconda cellula è chiamata "ovocita secondario".

Nella seconda divisione meiotica, l'ovocita secondario e il primo corpo polare si dividono, formando rispettivamente un grande "ovotide" e tre piccoli corpi polari. L'ovotide cresce e si trasforma per dare origine a un ovulo maturo.

I corpi polari non sono funzionali e finiscono per disintegrarsi, ma la loro formazione è necessaria per scaricare dall'uovo l '“eccesso” di cromosomi. A sua volta, la divisione citoplasmatica irregolare consente di produrre una grande cellula con materiale di riserva sufficiente per lo sviluppo di un nuovo individuo.

Caratteristiche

Come la gametogenesi maschile, la gametogenesi femminile ha l'obiettivo finale di produrre il gamete femminile. Tuttavia, questo gamete ha caratteristiche e funzioni diverse rispetto al gamete maschile.

Come nella sintesi dei gameti maschili, anche i gameti femminili mescolano le informazioni genetiche dei genitori e dell'individuo che li produce per trasmettere queste informazioni e, allo stesso tempo, aumentare la variabilità genetica della loro prole.

Nonostante il fatto che nella gametogenesi femminile gli ovociti primari diano origine ad un unico ovulo funzionale (gamete femminile), hanno tutto il materiale nutritivo per dare origine al nuovo individuo una volta avvenuta la fecondazione.

È interessante notare che, negli esseri umani, ad esempio, la gametogenesi femminile è un processo continuo dalla pubertà, ma è finito, cioè nel feto di un bambino di sesso femminile, tutti gli ovociti primari che una donna avrà si formano in tutte le loro vite, che vengono "perse" con le mestruazioni ogni mese.

Gametogenesi nelle piante

Solo nelle piante superiori si parla di gametogenesi vera e propria e il processo nelle piante è abbastanza simile a quello degli animali.

La differenza principale è che le piante hanno la capacità di produrre gameti in una fase avanzata di sviluppo, che non è stata precedentemente predeterminata, mentre, negli animali, la formazione di gameti è limitata a regioni specifiche che sono state stabilite durante sviluppo embrionale.

Gamtogenesi nelle piante da fiore (Fonte: Pablo damiani2 tramite Wikimedia Commons)

Un'altra caratteristica importante è che sebbene la fertilità dei gameti possa essere molto frequentemente influenzata da mutazioni genetiche, queste mutazioni sono raramente letali per la prole.

Nelle piante superiori i gameti maschili e femminili sono rispettivamente il granulo pollinico e l'ovulo. Sia l'ovulo che il granulo pollinico sono sessili (immobili) e si trovano all'interno di ciascuno dei loro corrispondenti gametofiti (che sono analoghi alle gonadi).

Gametogenesi femminile

Nelle piante da fiore, i siti di produzione degli ovuli sono noti come "megasporangia" e si trovano all'interno di un'ovaia che contiene uno o più ovuli. Ogni ovulo è costituito da un megasporangio chiamato nucela ed è circondato da uno o più tegumenti.

I tegumenti si uniscono a un'estremità per formare il micropilo, un'apertura attraverso la quale penetrerà il tubo pollinico del granulo pollinico. All'interno del megasporangia, una cellula nota come "megasporocita" agisce come la cellula madre del megasporo (ovulo).

Il megasporocita va incontro a meiosi e forma quattro megaspore aploidi. Tre dei megaspores di solito si disintegrano e quello più lontano dal micropilo sopravvive e diventa il megagametofito.

Nella maggior parte delle angiosperme il megagametofito in via di sviluppo produce otto nuclei. Quattro nuclei vanno a un'estremità dell'uovo e gli altri quattro all'altra. Un nucleo da ciascuna delle estremità migra verso il centro dell'ovulo, questi sono noti come "nuclei polari".

I nuclei rimanenti a ciascuna estremità formano cellule e una di queste cellule vicino al micropilo si svilupperà in una cellula uovo matura.

Il megagametofito maturo è costituito da 8 nuclei in 7 cellule diverse. Questo è anche noto come "sacco embrionale", poiché l'embrione si sviluppa all'interno dopo la fecondazione.

Gametogenesi maschile

I granuli di polline o microgametofite vengono prodotti e alloggiati negli stami del fiore. Ogni stame ha un'antera e ogni antera di solito ha quattro microsporangi, noti come sacche di polline.

All'interno di ogni sacco pollinico ci sono le cellule staminali delle microspore, cioè dei granuli di polline. Tutte le cellule staminali subiscono un processo meiotico e da ciascuna cellula staminale vengono prodotte quattro microspore aploidi.

Le microspore crescono e si sviluppano in un granello di polline immaturo. Questi granuli di polline immaturi hanno una cellula da cui nasce il "tubo pollinico" e una cellula generativa, che produrrà due spermatozoi.

Prima che il polline venga rilasciato dall'antera, sviluppa un guscio protettivo esterno di una proteina chiamata exin e un guscio protettivo interno di un'altra proteina, intin. Molte specie di piante possono essere identificate attraverso il motivo che si sviluppa sulla copertura interna dei granuli di polline.

Lo sviluppo finale del granulo pollinico avviene con la “germinazione” del tubo pollinico, questo avviene solo dopo che il granulo pollinico si è depositato sullo stigma del fiore che successivamente impollinerà.

Riferimenti

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK e Agarwal, A. (2017). Gametogenesi femminile e maschile. In Medicina e chirurgia riproduttiva clinica (pp. 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W. e Hilscher, B. (1976). Cinetica della gametogenesi maschile. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Analisi molecolare della gametogenesi maschile nelle piante. Trends in Genetics, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, gennaio). La formazione dei gameti ripristina l'orologio di invecchiamento del lievito. In Cold Spring Harbor symposia on quantitative biology (Vol. 76, pp. 73-80). Pressa da laboratorio Cold Spring Harbor.
5. Van Blerkom, J., e Motta, P. (a cura di). (2012). Ultrastruttura della riproduzione: gametogenesi, fecondazione ed embriogenesi (Vol. 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ e Amon, A. (2011). Regolazione dell'ingresso nella gametogenesi. Transazioni filosofiche della Royal Society B: Scienze biologiche, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA e Yang, C. (2004). Gametogenesi vegetale: conservazione e contrasti nello sviluppo. Riproduzione, 128 (5), 483-492.