Από τη Μείωση στη Γονιμοποίηση
Σπερματογένεση, ωογένεση, απλοειδή και διπλοειδή κύτταρα, σχηματισμός του ζυγωτού
Κάθε κύτταρό σου έχει 46 χρωμοσώματα. Αν ένα σπερματοζωάριο και ένα ωάριο είχαν κι αυτά από 46, το ζυγωτό θα είχε 92 — και σε κάθε γενιά ο αριθμός θα διπλασιαζόταν. Πώς το αποφεύγει η φύση; Με ένα έξυπνο «κόψιμο στη μέση»: τη μείωση.
Σπερματογένεση
Από την ηλικία των 13 ετών η τεστοστερόνη διεγείρει τους όρχεις για συνεχή παραγωγή σπερματοζωαρίων.
- Στην περιφέρεια των σπερματικών σωληναρίων βρίσκονται τα πρόδρομα γεννητικά κύτταρα, τα σπερματογόνια (46 χρωμοσώματα).
- Διαιρούνται μιτωτικά και δίνουν τα σπερματοκύτταρα.
- Αυτά με μειωτική διαίρεση δίνουν τις σπερματίδες, με 23 χρωμοσώματα η καθεμία.
- Οι σπερματίδες χάνουν μέρος του κυτταροπλάσματος, αποκτούν μαστιγιοουρά και γίνονται σπερματοζωάρια.
Κάθε σπερματοζωάριο έχει:
- Κεφαλή: τον απλοειδή πυρήνα και ένζυμα που το βοηθούν να διεισδύσει στο ωάριο.
- Ενδιάμεσο σώμα: πολλά μιτοχόνδρια, που δίνουν ενέργεια για την κίνηση.
- Ουρά (μαστιγιοουρά): για τη μετακίνηση.
Ωογένεση
- Τα πρόδρομα γεννητικά κύτταρα της γυναίκας, τα ωογόνια, πολλαπλασιάζονται μιτωτικά κατά την εμβρυϊκή ζωή.
- Αυξάνονται σε μέγεθος με συσσώρευση θρεπτικών ουσιών (λέκιθος) και γίνονται ωοκύτταρα (46 χρωμοσώματα). Κάθε ωοκύτταρο βρίσκεται μέσα σε ένα ωοθυλάκιο και μένει σε αυτό το στάδιο για πολλά χρόνια.
- Από την εφηβεία, κάθε 28 περίπου ημέρες ένα ωοθυλάκιο αναπτύσσεται εναλλάξ από κάθε ωοθήκη. Το ωοκύτταρο υφίσταται την πρώτη μειωτική διαίρεση: προκύπτει ένα μικρό κύτταρο (πολικό σωμάτιο) και ένα μεγάλο, που εξελίσσεται σε ωάριο με 23 χρωμοσώματα.
Το ωάριο περιέχει τη λέκιθο, απαραίτητη για την ανάπτυξη του ζυγωτού τις πρώτες μέρες μετά τη γονιμοποίηση. Περισσότερα για τα στάδια της μείωσης θα δεις στη Βιολογία της Γ΄ Λυκείου.
Πόσα χρωμοσώματα έχει μια σπερματίδα;
Γονιμοποίηση
Κατά την εκσπερμάτωση περίπου 300.000.000 σπερματοζωάρια ελευθερώνονται στον κόλπο και διά μέσου της μήτρας κατευθύνονται προς τους ωαγωγούς. Αν εκεί υπάρχει ωάριο, είναι πολύ πιθανή η γονιμοποίηση.
- Η κεφαλή ενός μόνο σπερματοζωαρίου, με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων, εισέρχεται στο ωάριο.
- Αμέσως γίνονται αλλαγές στο ωάριο που εμποδίζουν την είσοδο άλλων σπερματοζωαρίων· αυξάνεται απότομα ο ρυθμός της κυτταρικής αναπνοής.
- Οι πυρήνες των δύο απλοειδών γαμετών συντήκονται και προκύπτει ένα διπλοειδές κύτταρο, το ζυγωτό, με 46 χρωμοσώματα — το πρώτο κύτταρο του νέου οργανισμού.
Μείωση είναι ο μηχανισμός που μειώνει κατά το ήμισυ τον αριθμό των χρωμοσωμάτων (από διπλοειδές σε απλοειδή κύτταρα). Γονιμοποίηση είναι η σύντηξη δύο απλοειδών γαμετών σε ένα διπλοειδές ζυγωτό.
«Μείωση Μισεύει, Γονιμοποίηση Γεμίζει»: η μείωση κόβει τα 46 στα 23, η γονιμοποίηση ενώνει 23 + 23 ξανά σε 46. Και: μίτωση = μένει ίδιος ο αριθμός (46 → 46).
Ποια πρόταση για τη γονιμοποίηση είναι σωστή;
Μέθοδος: παρακολουθώ τον αριθμό χρωμοσωμάτων
- Ξεκίνα από το πρόδρομο κύτταρο: σπερματογόνιο ή ωογόνιο = 46.
- Μίτωση → ο αριθμός δεν αλλάζει (σπερματοκύτταρο, ωοκύτταρο = 46).
- Μείωση → ο αριθμός μισεύει (σπερματίδα, σπερματοζωάριο, ωάριο = 23).
- Γονιμοποίηση → (ζυγωτό, διπλοειδές).
Άσκηση: Να γράψεις τον αριθμό χρωμοσωμάτων: (α) σπερματογόνιο, (β) σπερματοκύτταρο, (γ) σπερματίδα, (δ) ωοκύτταρο, (ε) ωάριο, (στ) ζυγωτό.
Λύση:
(α) 46, (β) 46 (προέκυψε με μίτωση), (γ) 23 (μετά τη μείωση), (δ) 46, (ε) 23, (στ) 46.
Άσκηση τύπου διαγωνίσματος: (α) Να περιγράψεις τη δομή ενός σπερματοζωαρίου συνδέοντας κάθε τμήμα με τη λειτουργία του. (β) Σε τι διαφέρει η σπερματογένεση από την ωογένεση ως προς τον χρόνο που γίνονται οι μιτωτικές διαιρέσεις των πρόδρομων κυττάρων;
Λύση:
(α) Κεφαλή: απλοειδής πυρήνας (γενετικό υλικό του πατέρα) και ένζυμα για τη διείσδυση στο ωάριο. Ενδιάμεσο σώμα: πολλά μιτοχόνδρια που παρέχουν ενέργεια. Μαστιγιοουρά: κίνηση προς το ωάριο.
(β) Στον άντρα τα σπερματογόνια διαιρούνται μιτωτικά συνεχώς από την εφηβεία (από τα 13) και μετά. Στη γυναίκα τα ωογόνια πολλαπλασιάζονται μιτωτικά κατά την εμβρυϊκή ζωή· τα ωοκύτταρα περιμένουν σε ωοθυλάκια πολλά χρόνια και από την εφηβεία ωριμάζει περίπου ένα κάθε 28 ημέρες.
Το ωάριο είναι το μεγαλύτερο κύτταρο του ανθρώπινου σώματος, με διάμετρο περίπου 0,1 mm — μόλις ορατό με γυμνό μάτι. Το σπερματοζωάριο είναι από τα μικρότερα: η κεφαλή του έχει μήκος μόλις λίγα μικρόμετρα. Η διαφορά οφείλεται κυρίως στη λέκιθο που «αποθηκεύει» το ωάριο για τις πρώτες μέρες του ζυγωτού.
Από ένα σπερματοκύτταρο, με τη μείωση, προκύπτουν 4 σπερματίδες· από ένα ωοκύτταρο προκύπτει ένα ωάριο (και πολικά σωμάτια). (α) Πόσα σπερματοζωάρια δίνουν 1.000 σπερματοκύτταρα; (β) Αν σε μια εκσπερμάτωση ελευθερώνονται 300.000.000 σπερματοζωάρια, από πόσα σπερματοκύτταρα προήλθαν; (γ) Γιατί η φύση «ξοδεύει» στο ωοκύτταρο σχεδόν όλο το κυτταρόπλασμα σε ένα μόνο κύτταρο;
Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση
(α) σπερματοζωάρια.
(β) σπερματοκύτταρα.
(γ) Το μεγάλο κύτταρο γίνεται ωάριο με τη λέκιθο, απαραίτητη για την ανάπτυξη του ζυγωτού τις πρώτες μέρες· το πολικό σωμάτιο είναι μικρό. Ένα «καλά εφοδιασμένο» ωάριο είναι πιο χρήσιμο από πολλά φτωχά.
Τι περιέχει το ενδιάμεσο σώμα του σπερματοζωαρίου;
- Η μίτωση μισεύει τα χρωμοσώματα. Τα μισεύει η μείωση· η μίτωση κρατά τον αριθμό ίδιο.
- Το ωοκύτταρο έχει 23. Έχει 46· τα 23 τα έχει το ωάριο μετά τη μείωση.
- Πολλά σπερματοζωάρια γονιμοποιούν το ωάριο. Εισέρχεται ένα μόνο· μετά το ωάριο «κλειδώνει».
- Η ωογένεση ξεκινά στην εφηβεία. Τα ωογόνια πολλαπλασιάζονται στην εμβρυϊκή ζωή.
- Σπερματογένεση: σπερματογόνια (46) → μίτωση → σπερματοκύτταρα (46) → μείωση → σπερματίδες (23) → σπερματοζωάρια.
- Σπερματοζωάριο: κεφαλή (πυρήνας, ένζυμα), ενδιάμεσο σώμα (μιτοχόνδρια), ουρά.
- Ωογένεση: ωογόνια (μίτωση στην εμβρυϊκή ζωή) → ωοκύτταρα (46) → μείωση → ωάριο (23) + πολικό σωμάτιο.
- Γονιμοποίηση στον ωαγωγό: ένα σπερματοζωάριο, σύντηξη πυρήνων → ζυγωτό (46).
- Μείωση: 2n → n· γονιμοποίηση: n + n = 2n.