Page semi-protected
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из сперматозоида )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Сперма (значения) .

Схема сперматозоида человека

Сперма - это мужская репродуктивная клетка , или гамета , в анизогамных формах полового размножения (формах, в которых есть более крупная «женская» репродуктивная клетка и меньшая «мужская»). Животные производят подвижные сперматозоиды с хвостом , известным как жгутик , которые известны как сперматозоиды , в то время как некоторые красные водоросли и грибы производят без подвижных клеток спермы, известные как spermatia . [1] Цветковые растения содержат неподвижные сперматозоиды внутри пыльцы , в то время как некоторые базальные растения, такие как папоротники, а некоторыеголосеменные имеют подвижную сперму. [2]

Сперматозоиды образуют в процессе , известном как сперматогенез , который в амниот ( рептилий и млекопитающих ) происходит в семенных канальцах этих семенников . [3] Этот процесс включает производство нескольких последовательных предшественников сперматозоидов, начиная со сперматогониев , которые дифференцируются в сперматоциты . Затем сперматоциты подвергаются мейозу , в результате чего количество хромосом уменьшается вдвое, что приводит к образованию сперматидов.. Затем сперматиды созревают и у животных образуют хвост или жгутик, который дает начало зрелым подвижным сперматозоидам. Весь этот процесс происходит постоянно и занимает около 3 месяцев от начала до конца.

Сперматозоиды не могут делиться и имеют ограниченную продолжительность жизни, но после слияния с яйцеклетками во время оплодотворения начинает развиваться новый организм, начиная с тотипотентной зиготы . Человеческий сперматозоид гаплоидный , так что его 23 хромосом могут присоединиться к 23 хромосоме женского яйца , чтобы сформировать диплоидные клетки с 46 парных хромосомами. У млекопитающих сперма хранится в придатке яичка и выделяется из полового члена во время эякуляции в жидкости, известной как сперма .

Слово « сперма» происходит от греческого слова σπέρμα , « сперма» , что означает «семя».

File:Human sperm under microscope.webmВоспроизвести медиа
Видео сперматозоидов человека под микроскопом

Сперма у животных

Дополнительная информация: Сперматозоид

Функция

Основная функция сперматозоидов - достичь яйцеклетки и слиться с ней, чтобы доставить две субклеточные структуры: (i) мужской пронуклеус , содержащий генетический материал, и (ii) центриоли, которые представляют собой структуры, которые помогают организовать цитоскелет микротрубочек . [ требуется разъяснение ]

Анатомия

Слияние спермы и яйцеклетки ( оплодотворение )
Размеры головки человеческого сперматозоида измерены у 39-летнего здорового человека.

Сперматозоид млекопитающих можно разделить на 2 части:

  • Голова: содержит ядро с плотно скрученными волокнами хроматина, окруженное спереди тонким сплющенным мешком, называемым акросомой , который содержит ферменты, используемые для проникновения в женское яйцо. Он также содержит вакуоли. [4]
  • Хвост: также называемый жгутиком , это самая длинная часть, способная к волнообразному движению, которое подталкивает сперматозоиды к плаванию и помогает проникать в яйцеклетку. [5] [6] [7] Раньше считалось, что хвост движется симметрично по спирали . Однако исследование 2020 года, проведенное Бристольским университетом, показало, что хвост движется более сложным образом, сочетая асимметричные стоячие и бегущие волны, а также вращая все тело для достижения воспринимаемой симметрии. [8] [9]

Шейка или соединительный элемент содержит одну типичную центриоль и одну атипичную центриоль, например проксимальную центриоль-подобную . [10] [11] Средняя часть имеет центральную нитевидную сердцевину со множеством спиралевидных митохондрий, которые используются для выработки АТФ, который проходит через шейку матки , матку и маточные трубы женщины .

Во время оплодотворения сперма обеспечивает три основные части ооцита : (1) сигнальный или активирующий фактор, который вызывает активацию метаболически спящего ооцита; (2) гаплоидный отцовский геном ; (3) центриоль , которая отвечает за формирование системы центросомы и микротрубочек . [12]

Источник

Сперматозоиды животных образуются в результате сперматогенеза внутри мужских половых желез ( яичек ) посредством мейотического деления. Первоначальный процесс получения сперматозоидов занимает около 70 дней. Процесс начинается с производства сперматогониев из предшественников зародышевых клеток . Они делятся и дифференцируются на сперматоциты , которые подвергаются мейозу с образованием сперматидов . На стадии сперматиды у сперматозоидов образуется знакомый хвост. Следующая стадия, когда он становится полностью зрелым, занимает около 60 дней, когда он называется сперматозоидом .[13] Сперматозоиды выводятся из мужского тела в жидкости, известной как сперма . Сперматозоиды человека могут выжить в женских половых путях более 5 дней после полового акта. [14] Сперма вырабатывается в семенных пузырьках , предстательной железе и уретральных железах .

В 2016 году ученые из Нанкинского медицинского университета заявили, что искусственно создали клетки, напоминающие сперматиды мыши, из эмбриональных стволовых клеток мыши . Они вводили эти сперматиды в яйца мышей и производили детенышей. [15]

Качество спермы

Человеческие сперматозоиды окрашивают для спермы качества тестирования
Основная статья: Качество спермы

Сперма количество и качество являются основными параметрами в сперме качества , который является мерой способности спермы , чтобы достичь оплодотворения . Таким образом, в организме человека, она является мерой плодовитости в человеке . Генетическое качество спермы, а также ее объем и подвижность обычно снижаются с возрастом. [16] (См. Влияние возраста отца .)

Повреждения ДНК, присутствующие в сперматозоидах в период после мейоза, но до оплодотворения, могут быть восстановлены в оплодотворенной яйцеклетке, но если их не исправить, они могут иметь серьезные пагубные последствия для фертильности и развивающегося эмбриона. Сперматозоиды человека особенно уязвимы для атаки свободных радикалов и образования окислительного повреждения ДНК. [17] (см., Например, 8-оксо-2'-дезоксигуанозин )

Постмейотическая фаза сперматогенеза мышей очень чувствительна к генотоксическим агентам окружающей среды, потому что по мере того, как мужские половые клетки образуют зрелые сперматозоиды, они постепенно теряют способность восстанавливать повреждения ДНК. [18] Облучение самцов мышей во время позднего сперматогенеза может вызвать повреждение, которое сохраняется в течение как минимум 7 дней в оплодотворяющих сперматозоидах, а нарушение путей восстановления двухцепочечных разрывов материнской ДНК увеличивает хромосомные аберрации, происходящие из сперматозоидов. [19] Лечение мышей-самцов мелфаланом , бифункциональным алкилирующим агентом, часто используемым в химиотерапии, вызывает повреждения ДНК во время мейоза, которые могут сохраняться в неизлеченном состоянии по мере того, как половые клетки проходят через компетентные к репарации ДНК фазы сперматогенного развития. [20] Such unrepaired DNA damages in sperm cells, after fertilization, can lead to offspring with various abnormalities.

Sperm size

Related to sperm quality is sperm size, at least in some animals. For instance, the sperm of some species of fruit fly (Drosophila) are up to 5.8 cm long — about 20 times as long as the fly itself. Longer sperm cells are better than their shorter counterparts at displacing competitors from the female's seminal receptacle. The benefit to females is that only healthy males carry ‘good’ genes that can produce long sperm in sufficient quantities to outcompete their competitors.[21][22]

Market for human sperm

Further information: Sperm donation

Некоторые банки спермы вмещают до 170 литров (37 галлонов США; 45 галлонов США) спермы. [23]

Помимо эякуляции , с помощью TESE можно извлечь сперму .

На мировом рынке Дания имеет хорошо развитую систему экспорта спермы человека. Этот успех в основном обусловлен репутацией датских доноров спермы как высокого качества [24] и, в отличие от законодательства других стран Северной Европы, дает донорам выбор: анонимно или не анонимно для получающей пары. [24] Кроме того, нордические доноры спермы, как правило, высокие и высокообразованные [25] и имеют альтруистические мотивы для их донорства [25], отчасти из-за относительно низкой денежной компенсации в северных странах. Импортерами датской спермы являются более 50 стран мира, включая Парагвай , Канаду , Кению., and Hong Kong.[24] However, the Food and Drug Administration (FDA) of the US has banned import of any sperm, motivated by a risk of transmission of Creutzfeldt–Jakob disease, although such a risk is insignificant, since artificial insemination is very different from the route of transmission of Creutzfeldt–Jakob disease.[26] The prevalence of Creutzfeldt–Jakob disease for donors is at most one in a million, and if the donor was a carrier, the infectious proteins would still have to cross the blood-testis barrier to make transmission possible.[26]

History

See also: Homunculus § Homunculus of spermists

Sperm were first observed in 1677 by Antonie van Leeuwenhoek[27] using a microscope. He described them as being animalcules (little animals), probably due to his belief in preformationism, which thought that each sperm contained a fully formed but small human.[citation needed]

Forensic analysis

Ejaculated fluids are detected by ultraviolet light, irrespective of the structure or colour of the surface.[28] Sperm heads, e.g. from vaginal swabs, are still detected by microscopy using the "Christmas Tree Stain" method, i.e., Kernechtrot-Picroindigocarmine (KPIC) staining.[29][30]

Sperm in plants

Sperm cells in algal and many plant gametophytes are produced in male gametangia (antheridia) via mitotic division. In flowering plants, sperm nuclei are produced inside pollen.[31]

Motile sperm cells

Motile sperm cells of algae and seedless plants[32]

Motile sperm cells typically move via flagella and require a water medium in order to swim toward the egg for fertilization. In animals most of the energy for sperm motility is derived from the metabolism of fructose carried in the seminal fluid. This takes place in the mitochondria located in the sperm's midpiece (at the base of the sperm head). These cells cannot swim backwards due to the nature of their propulsion. The uniflagellated sperm cells (with one flagellum) of animals are referred to as spermatozoa, and are known to vary in size.[citation needed]

Motile sperm are also produced by many protists and the gametophytes of bryophytes, ferns and some gymnosperms such as cycads and ginkgo. The sperm cells are the only flagellated cells in the life cycle of these plants. In many ferns and lycophytes, cycads and ginkgo they are multi-flagellated (carrying more than one flagellum).[32]

In nematodes, the sperm cells are amoeboid and crawl, rather than swim, towards the egg cell.[33]

Non-motile sperm cells

Non-motile sperm cells called spermatia lack flagella and therefore cannot swim. Spermatia are produced in a spermatangium.[32]

Because spermatia cannot swim, they depend on their environment to carry them to the egg cell. Some red algae, such as Polysiphonia, produce non-motile spermatia that are spread by water currents after their release.[32] The spermatia of rust fungi are covered with a sticky substance. They are produced in flask-shaped structures containing nectar, which attract flies that transfer the spermatia to nearby hyphae for fertilization in a mechanism similar to insect pollination in flowering plants.[34]

Fungal spermatia (also called pycniospores, especially in the Uredinales) may be confused with conidia. Conidia are spores that germinate independently of fertilization, whereas spermatia are gametes that are required for fertilization. In some fungi, such as Neurospora crassa, spermatia are identical to microconidia as they can perform both functions of fertilization as well as giving rise to new organisms without fertilization.[35]

Sperm nuclei

In almost all embryophytes, including most gymnosperms and all angiosperms, the male gametophytes (pollen grains) are the primary mode of dispersal, for example via wind or insect pollination, eliminating the need for water to bridge the gap between male and female. Each pollen grain contains a spermatogenous (generative) cell. Once the pollen lands on the stigma of a receptive flower, it germinates and starts growing a pollen tube through the carpel. Before the tube reaches the ovule, the nucleus of the generative cell in the pollen grain divides and gives rise to two sperm nuclei, which are then discharged through the tube into the ovule for fertilization.[32]

In some protists, fertilization also involves sperm nuclei, rather than cells, migrating toward the egg cell through a fertilization tube. Oomycetes form sperm nuclei in a syncytical antheridium surrounding the egg cells. The sperm nuclei reach the eggs through fertilization tubes, similar to the pollen tube mechanism in plants.[32]

Sperm centrioles

Most sperm cells have centrioles in the sperm neck.[36] Sperm of many animals has 2 typical centrioles known as the proximal centriole and distal centriole. Some animals like human and bovine have a single typical centriole, known as the proximal centriole, and a second centriole with atypical structure.[10] Mice and rats have no recognizable sperm centrioles. The fruit fly Drosophila melanogaster has a single centriole and an atypical centriole named the Proximal Centriole-Like (PCL).[37]

Sperm tail formation

The sperm tail is a specialized type of cilium (aka flagella). In many animals the sperm tail is formed in a unique way, which is named Cytosolic ciliogenesis, since all or part of axoneme of the sperm tail is formed in the cytoplasm or get exposed to the cytoplasm.[38]

See also

  • Ejaculation
  • Female sperm
  • Female sperm storage
  • Mendelian inheritance
  • Polyspermy
  • Sperm competition
  • Sperm donation
  • Sperm granuloma
  • Spermatogenesis
  • Spermatozoon
  • gootail

References

  1. ^ "Spermatium definition and meaning | Collins English Dictionary". www.collinsdictionary.com. Retrieved 2020-02-20.
  2. ^ Kumar, Anil (2006). Botany for Degree Gymnosperm (Multicolor ed.). S. Chand Publishing. p. 261. ISBN 978-81-219-2618-8.
  3. ^ "Animal reproductive system - Male systems". Encyclopedia Britannica. Retrieved 2020-02-20.
  4. ^ Boitrelle, F; Guthauser, B; Alter, L; Bailly, M; Wainer, R; Vialard, F; Albert, M; Selva, J (2013). "The nature of human sperm head vacuoles: a systematic literature review". Basic Clin Androl. 23: 3. doi:10.1186/2051-4190-23-3. PMC 4346294. PMID 25780567.
  5. ^ Fawcett, D. W. (1981) Sperm Flagellum. In: The Cell. D. W. Fawcett. Philadelphia, W. B. Saunders Company. 14: pp. 604-640.
  6. ^ Lehti, M. S. and A. Sironen (2017). "Formation and function of sperm tail structures in association with sperm motility defects." Bi
  7. ^ Ishijima, Sumio; Oshio, Shigeru; Mohri, Hideo (1986). "Flagellar movement of human spermatozoa". Gamete Research. 13 (3): 185–197. doi:10.1002/mrd.1120130302.
  8. ^ Wilson, Clare (July 31, 2020). "Sperm have a weird way of swimming and we only noticed after 300 years". New Scientist.
  9. ^ Gadêlha, Hermes; Hernández-Herrera, Paul; Montoya, Fernando; Darszon, Alberto; Corkidi, Gabriel (July 2020). "Human sperm uses asymmetric and anisotropic flagellar controls to regulate swimming symmetry and cell steering". Science Advances. 6 (31): eaba5168. doi:10.1126/sciadv.aba5168. PMC 7399739. PMID 32789171.
  10. ^ a b Fishman, Emily L; Jo, Kyoung; Nguyen, Quynh P. H; Kong, Dong; Royfman, Rachel; Cekic, Anthony R; Khanal, Sushil; Miller, Ann L; Simerly, Calvin; Schatten, Gerald; Loncarek, Jadranka; Mennella, Vito; Avidor-Reiss, Tomer (2018). "A novel atypical sperm centriole is functional during human fertilization". Nature Communications. 9 (1): 2210. Bibcode:2018NatCo...9.2210F. doi:10.1038/s41467-018-04678-8. PMC 5992222. PMID 29880810.
  11. ^ Blachon, S; Cai, X; Roberts, K. A; Yang, K; Polyanovsky, A; Church, A; Avidor-Reiss, T (2009). "A Proximal Centriole-Like Structure is Present in Drosophila Spermatids and Can Serve as a Model to Study Centriole Duplication". Genetics. 182 (1): 133–44. doi:10.1534/genetics.109.101709. PMC 2674812. PMID 19293139.
  12. ^ Hewitson, Laura & Schatten, Gerald P. (2003). "The biology of fertilization in humans". In Patrizio, Pasquale; et al. (eds.). A color atlas for human assisted reproduction: laboratory and clinical insights. Lippincott Williams & Wilkins. p. 3. ISBN 978-0-7817-3769-2. Retrieved 2013-11-09.
  13. ^ Semen and sperm quality
  14. ^ Gould, JE; Overstreet, JW; Hanson, FW (1984). "Assessment of human sperm function after recovery from the female reproductive tract". Biology of Reproduction. 31 (5): 888–894. doi:10.1095/biolreprod31.5.888. PMID 6518230.
  15. ^ Cyranoski, David (2016). "Researchers claim to have made artificial mouse sperm in a dish". Nature. doi:10.1038/nature.2016.19453. S2CID 87014225.
  16. ^ Gurevich, Rachel (2008-06-10). "Does Age Affect Male Fertility?". About.com. Retrieved 14 February 2010.
  17. ^ Gavriliouk D, Aitken RJ (2015). "Damage to Sperm DNA Mediated by Reactive Oxygen Species: Its Impact on Human Reproduction and the Health Trajectory of Offspring". The Male Role in Pregnancy Loss and Embryo Implantation Failure. Advances in Experimental Medicine and Biology. 868. pp. 23–47. doi:10.1007/978-3-319-18881-2_2. ISBN 978-3-319-18880-5. PMID 26178844.
  18. ^ Marchetti F, Wyrobek AJ (2008). "DNA repair decline during mouse spermiogenesis results in the accumulation of heritable DNA damage". DNA Repair. 7 (4): 572–81. doi:10.1016/j.dnarep.2007.12.011. PMID 18282746.
  19. ^ Marchetti F, Essers J, Kanaar R, Wyrobek AJ (2007). "Disruption of maternal DNA repair increases sperm-derived chromosomal aberrations". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (45): 17725–9. Bibcode:2007PNAS..10417725M. doi:10.1073/pnas.0705257104. PMC 2077046. PMID 17978187.
  20. ^ Marchetti F, Bishop J, Gingerich J, Wyrobek AJ (2015). "Meiotic interstrand DNA damage escapes paternal repair and causes chromosomal aberrations in the zygote by maternal misrepair". Scientific Reports. 5: 7689. Bibcode:2015NatSR...5E7689M. doi:10.1038/srep07689. PMC 4286742. PMID 25567288.
  21. ^ Lüpold, Stefan; Manier, Mollie K; Puniamoorthy, Nalini; Schoff, Christopher; Starmer, William T; Luepold, Shannon H. Buckley; Belote, John M; Pitnick, Scott (2016). "How sexual selection can drive the evolution of costly sperm ornamentation". Nature. 533 (7604): 535–8. Bibcode:2016Natur.533..535L. doi:10.1038/nature18005. PMID 27225128. S2CID 4407752.
  22. ^ Gardiner, Jennifer R (2016). "The bigger, the better". Nature. 533 (7604): 476. doi:10.1038/533476a. PMID 27225117.
  23. ^ Sarfraz Manzoor (2 November 2012). "Come inside: the world's biggest sperm bank". The Guardian. Retrieved 4 August 2013.
  24. ^ a b c Assisted Reproduction in the Nordic Countries ncbio.org
  25. ^ a b FDA Rules Block Import of Prized Danish Sperm Posted Aug 13, 08 7:37 AM CDT in World, Science & Health
  26. ^ a b Steven Kotler (26 September 2007). "The God of Sperm".
  27. ^ "Timeline: Assisted reproduction and birth control". CBC News. Retrieved 2006-04-06.
  28. ^ Fiedler, Anja; Rehdorf, Jessica; Hilbers, Florian; Johrdan, Lena; Stribl, Carola; Benecke, Mark (2008). "Detection of Semen (Human and Boar) and Saliva on Fabrics by a Very High Powered UV-/VIS-Light Source". The Open Forensic Science Journal. 1: 12–15. doi:10.2174/1874402800801010012.
  29. ^ Allery, J. P; Telmon, N; Mieusset, R; Blanc, A; Rougé, D (2001). "Cytological detection of spermatozoa: Comparison of three staining methods". Journal of Forensic Sciences. 46 (2): 349–51. doi:10.1520/JFS14970J. PMID 11305439.
  30. ^ Illinois State Police/President's DNA Initiative. "The Presidents's DNA Initiative: Semen Stain Identification: Kernechtrot" (PDF). Retrieved 2009-12-10.
  31. ^ Phatlane William Mokwala; Phetole Mangena (6 June 2018). Pollination in Plants. BoD – Books on Demand. p. 8. ISBN 978-1-78923-236-3.
  32. ^ a b c d e f Raven, Peter H.; Ray F. Evert; Susan E. Eichhorn (2005). Biology of Plants, 7th Edition. New York: W.H. Freeman and Company Publishers. ISBN 0-7167-1007-2.
  33. ^ Bottino D, Mogilner A, Roberts T, Stewart M, Oster G (2002). "How nematode sperm crawl". Journal of Cell Science. 115 (Pt 2): 367–84. PMID 11839788.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  34. ^ Sumbali, Geeta (2005). The Fungi. Alpha Science Int'l Ltd. ISBN 1-84265-153-6.
  35. ^ Maheshwari R (1999). "Microconidia of Neurospora crassa". Fungal Genetics and Biology. 26 (1): 1–18. doi:10.1006/fgbi.1998.1103. PMID 10072316.
  36. ^ Avidor-Reiss, T; Khire, A; Fishman, EL; Jo, KH (2015). "Atypical centrioles during sexual reproduction". Front Cell Dev Biol. 3: 21. doi:10.3389/fcell.2015.00021. PMC 4381714. PMID 25883936.
  37. ^ Blachon, S.; Cai, X.; Roberts, K. A.; Yang, K.; Polyanovsky, A.; Church, A.; Avidor-Reiss, T. (May 2009). "A Proximal Centriole-Like Structure Is Present in Drosophila Spermatids and Can Serve as a Model to Study Centriole Duplication". Genetics. 182 (1): 133–44. doi:10.1534/genetics.109.101709. PMC 2674812. PMID 19293139.
  38. ^ Avidor-Reiss, Tomer; Leroux, Michel R (2015). "Shared and Distinct Mechanisms of Compartmentalized and Cytosolic Ciliogenesis". Current Biology. 25 (23): R1143–50. doi:10.1016/j.cub.2015.11.001. PMC 5857621. PMID 26654377.

Sources

  • Fawcett, D. W. (1981) Sperm Flagellum. In: The Cell. D. W. Fawcett. Philadelphia, W. B. Saunders Company. 14: pp. 604–640.
  • Lehti, M. S. and A. Sironen (2017). "Formation and function of sperm tail structures in association with sperm motility defects." Biol Reprod 97(4): 522–536.

External links

  • The Great Sperm Race pdf
  • Human Sperm Under a Microscope
Preceded by
None		 Stages of human development
Sperm + Oocyte		Succeeded by
Zygote