PHÁT SINH GIAO TỬ LÀ GÌ? QUY TRÌNH VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026

Phát sinh giao tử là sự hình thành giao tử hoặc tế bào sinh dục trong cơ thể sống. Quá trình này cho phép các cá nhân biến đổi và truyền một số thay đổi tạm thời trong biểu hiện gen của họ, được "gây ra" bởi các tín hiệu bên ngoài, cho con cái của họ.

Tất cả các cá thể sinh sản hữu tính đều tạo ra hai loại tế bào mầm được gọi là "giao tử". Những tế bào này không thể phát triển trực tiếp giống như bào tử của nấm, tức là chúng không thể luôn tự phát triển thành một cá thể mới.

Sơ đồ đại diện của quá trình phát sinh giao tử cái và đực (Nguồn: Elversberg qua Wikimedia Commons)

Cả hai loại tế bào, giao tử đực và giao tử cái, phải hợp nhất với nhau trong một sự kiện được gọi là "thụ tinh". Chỉ sau khi thụ tinh, sản phẩm tế bào của sự hợp nhất này, hợp tử, mới có thể tạo ra một cá thể mới.

Các giao tử của một số lượng lớn động vật được tổng hợp từ tuyến sinh dục, đây là cơ quan chuyên trách chức năng này. Các tuyến sinh dục có một biểu mô nảy mầm với các tế bào được gọi là "gonias", chúng mang tên của chúng. Gonias giống nhau về hình thái ở cả hai giới. Tuy nhiên, ở nam giới chúng được gọi là "giảm trương lực tinh trùng" và ở nữ giới được gọi là "trương lực cơ".

Quá trình phát sinh giao tử bao gồm cả quá trình sinh tinh và sinh trứng và cả hai quá trình đều tương đồng, có chung ba bước cơ bản để hình thành giao tử.

Sự phát sinh giao tử được phân biệt bởi một quá trình phân chia tế bào, qua đó tải lượng nhiễm sắc thể của một cá thể giảm đi một nửa, điều này có thể xảy ra nhờ sự phân chia meiotic, nơi xảy ra hai sự phân li liên tiếp của nhiễm sắc thể.

Việc sản xuất các tế bào giới tính ở động vật hoặc thực vật phụ thuộc vào một số yếu tố, trong đó sự biểu hiện khác biệt của một số gen mã hóa "hướng dẫn" cần thiết cho cả quá trình phân chia tế bào và các thay đổi được kích hoạt. di truyền hình thái tương ứng.

Phát sinh giao tử đực

Sinh giao tử đực là quá trình ống sinh tinh trưởng thành và biệt hóa thành tinh trùng. Đây là một quá trình phức tạp, trong đó các tế bào gốc tiềm năng phân chia để tạo ra các tế bào con sẽ trở thành tinh trùng.

Ở hầu hết các sinh vật có sinh giao tử đực, điều này không diễn ra cho đến một độ tuổi phát triển nhất định. Trong trường hợp của con người, nó bắt đầu xảy ra trong tuổi dậy thì và tiếp tục cho đến hết đời.

Quá trình phát sinh giao tử đực ở nhiều loài động vật, bao gồm cả con người, được gọi là "quá trình sinh tinh" và bao gồm ba bước: tăng sinh nguyên phân, tăng sinh meiotic và tái tạo tế bào.

Quá trình

Quá trình sinh tinh bắt đầu bằng nguyên phân làm tăng số lượng ống sinh tinh. Spermatogonia là một quần thể tế bào đang trong quá trình nguyên phân liên tục, vì chúng có nhiệm vụ đổi mới tế bào gốc để tạo ra tinh trùng.

Do đó, quá trình nguyên phân trong sinh giao tử đực có ý nghĩa quyết định đối với sự sinh sôi và duy trì hệ sinh tinh.

Một số tế bào sinh tinh do quá trình nguyên phân tăng kích thước để trở thành tế bào sinh tinh sơ cấp. Mỗi tế bào sinh tinh sơ cấp trải qua quá trình giảm tải nhiễm sắc thể thông qua một lần phân chia sinh học đầu tiên (giảm phân I) dẫn đến hai tế bào sinh tinh thứ cấp.

Tế bào sinh tinh thứ cấp bước vào lần phân chia sinh học thứ hai (meiosis II), nhưng trong lần phân chia này không xảy ra sự phân chia nào (tải lượng nhiễm sắc thể không được phân chia lại), do đó, các tế bào tạo thành có cùng tải lượng nhiễm sắc thể, tức là chúng đơn bội.

Các tế bào đơn bội tạo thành được gọi là tế bào sinh tinh và mỗi tế bào chỉ có thể chứa các nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ mẹ hoặc cha hoặc một hỗn hợp với tỷ lệ khác nhau của các nhiễm sắc thể của cả bố và mẹ.

Tinh trùng bước vào một quá trình được gọi là "sinh tinh", trong đó chúng trải qua nhiều thay đổi hình thái khác nhau, cô đặc nhiễm sắc thể, dài ra trùng roi, giảm hàm lượng tế bào chất và cuối cùng trở thành tinh trùng trưởng thành (mặc dù trưởng thành, trong nhiều trường hợp, cực điểm trong khi chúng được thải ra trong đường sinh dục nữ).

Đặc trưng

Mặc dù thực tế là quá trình sinh tinh diễn ra liên tục trong suốt cuộc đời sinh sản của động vật trưởng thành, quá trình này chỉ có mục đích duy nhất là tạo ra các tế bào mà thông tin di truyền của nó sẽ được truyền cho con cái, điều này chỉ có thể xảy ra với thông qua sinh sản hữu tính với cá cái cùng loài.

Ngoài ra, điều này cho phép các con đực của loài trộn thông tin di truyền của loài trước và của chúng với thông tin của con cái để tăng tính biến đổi di truyền của con cái.

Khả năng kết hợp thông tin di truyền này giúp các loài có được những phẩm chất quan trọng có thể giúp chúng vượt qua những thay đổi hoặc điều kiện không thuận lợi trong môi trường chúng sống.

Phát sinh giao tử cái

Sự phát sinh giao tử cái hay sự phát sinh oogenesis là một trong những quá trình được nghiên cứu nhiều nhất trong suốt lịch sử loài người. Các nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực khác nhau như y học, sinh học, kinh tế học, xã hội học và chính sách công, … đã cống hiến hết mình cho nghiên cứu của nó.

Tiến sĩ người Anh William Harvey đã đưa ra một câu nói nổi tiếng về quá trình sinh sản có nội dung: “mọi thứ sống động đều đến từ trong trứng”.

Trong suốt cuộc đời của nhiều động vật cái, khoảng 1 đến 2 triệu tế bào trứng được tạo ra, nhưng chỉ có 300 đến 400 tế bào trứng trưởng thành và được "phóng noãn". Ở con cái của nhiều loài động vật, sau tuổi dậy thì, mỗi tháng một hoặc nhiều noãn phát triển, tạo thành noãn trưởng thành.

Quá trình

Các tế bào mầm của buồng trứng, được gọi là oogonia hoặc oogonia, tăng số lượng thông qua nguyên phân. Mỗi tế bào sinh dưỡng tạo thành có cùng số lượng nhiễm sắc thể với các tế bào xôma khác. Một khi noãn bào ngừng nhân lên, chúng phát triển về kích thước và trở thành tế bào trứng sơ cấp.

Trước khi lần phân chia meiotic đầu tiên xảy ra, các nhiễm sắc thể trong tế bào trứng sơ khai bắt cặp với các nhiễm sắc thể tương đồng của chúng, một nửa di truyền từ mẹ và một nửa từ cha.

Đại diện của chu kỳ kinh nguyệt. 1) Kinh nguyệt; 2) Sự trưởng thành của nang trứng; 3) Nang trứng trưởng thành; 4) Thể vàng và 5) Sự thoái hóa của thể vàng (Nguồn: M.Komorniczak, qua Wikimedia Commons)

Sau đó, sự phân chia "giảm phân" hoặc trưởng thành đầu tiên xảy ra, tức là meiosis đầu tiên. Sự phân chia này tạo ra hai tế bào, một tế bào có một nửa vật chất di truyền, với hàm lượng tế bào chất kém và được gọi là “cơ thể cực đầu tiên”.

Tế bào thứ hai sinh ra từ lần nguyên phân đầu tiên lớn và giàu hàm lượng tế bào chất hơn nhiều so với thể cực, ngoài ra, tế bào này có một nửa hàm lượng di truyền của tế bào trứng sơ cấp đã tạo ra nó. Tế bào thứ hai này được gọi là “tế bào trứng thứ cấp”.

Trong lần phân chia sinh học thứ hai, tế bào trứng thứ cấp và thể cực thứ nhất phân chia, tạo thành một "ovotid" lớn và ba thể cực nhỏ, tương ứng. Các ovotid phát triển và biến đổi để tạo ra một noãn trưởng thành.

Các thể cực không có chức năng và cuối cùng sẽ tan rã, nhưng sự hình thành của chúng là cần thiết để thải trứng “thừa” nhiễm sắc thể. Đổi lại, sự phân chia tế bào chất không đồng đều cho phép tạo ra một tế bào lớn với đủ nguyên liệu dự trữ cho sự phát triển của một cá thể mới.

Đặc trưng

Giống như quá trình phát sinh giao tử đực, quá trình phát sinh giao tử cái có mục đích cuối cùng là tạo ra giao tử cái. Tuy nhiên, giao tử này có những đặc điểm và chức năng khác với giao tử đực.

Giống như trong quá trình tổng hợp giao tử đực, giao tử cái cũng trộn thông tin di truyền của bố mẹ và cá thể sinh ra chúng để truyền thông tin nói trên, đồng thời làm tăng khả năng biến dị di truyền của con cái.

Mặc dù thực tế là trong quá trình phát sinh giao tử cái, các tế bào trứng sơ cấp tạo ra một noãn chức năng duy nhất (giao tử cái), chúng có tất cả các chất dinh dưỡng để tạo ra cá thể mới khi quá trình thụ tinh xảy ra.

Cần lưu ý rằng, ở người, ví dụ, quá trình phát sinh giao tử cái là một quá trình liên tục từ tuổi dậy thì, nhưng nó là hữu hạn, nghĩa là, trong bào thai của một em bé có giới tính nữ, tất cả các tế bào trứng sơ cấp mà một người phụ nữ sẽ có được hình thành. tất cả cuộc sống của họ, mà bị "mất" với kinh nguyệt hàng tháng.

Phát sinh giao tử ở thực vật

Chỉ ở thực vật bậc cao, người ta mới nói về quá trình phát sinh giao tử đúng cách và quá trình này ở thực vật hoàn toàn tương tự như ở động vật.

Điểm khác biệt cơ bản là ở thực vật có khả năng tạo giao tử ở giai đoạn phát triển muộn mà trước đó chưa được xác định trước, trong khi ở động vật, sự hình thành giao tử chỉ giới hạn ở những vùng cụ thể đã được thiết lập trong phát triển phôi.

Sự phát sinh gamto ở thực vật có hoa (Nguồn: Pablo damiani2 qua Wikimedia Commons)

Một đặc điểm quan trọng khác là mặc dù khả năng sinh sản của các giao tử có thể rất thường xuyên bị ảnh hưởng bởi đột biến gen, nhưng những đột biến này hiếm khi gây chết cho con cái.

Ở thực vật bậc cao, giao tử đực và cái lần lượt là hạt phấn và hạt noãn. Cả noãn và hạt phấn đều không cuống (bất động) và được tìm thấy bên trong mỗi giao tử tương ứng của chúng (tương tự như tuyến sinh dục).

Phát sinh giao tử cái

Ở thực vật có hoa, các vị trí sản xuất noãn được gọi là "megasporangia" và được tìm thấy trong bầu noãn chứa một hoặc nhiều noãn. Mỗi noãn được tạo thành từ một túi noãn gọi là túi noãn và được bao quanh bởi một hoặc nhiều nguyên.

Các nguyên tố kết hợp với nhau ở một đầu để tạo thành lỗ nhỏ, một lỗ thông qua đó ống phấn của hạt phấn sẽ xuyên qua. Trong megasporangia, một tế bào được gọi là “megasporocyte” hoạt động như tế bào mẹ của megaspore (noãn).

Megasporocyte trải qua quá trình meiosis và hình thành bốn megaspore đơn bội. Ba trong số các megaspore thường tan rã và một trong số các vi khuẩn xa nhất vẫn sống sót và trở thành megagametophyte.

Trong hầu hết các thực vật hạt kín, megagametophyte đang phát triển tạo ra 8 hạt nhân. Bốn hạt nhân đi đến một đầu của quả trứng và bốn hạt nhân còn lại đi đến đầu kia. Một hạt nhân từ mỗi đầu di chuyển về phía trung tâm của noãn, chúng được gọi là "nhân cực".

Các hạt nhân còn lại ở mỗi đầu tạo thành tế bào và một trong những tế bào này gần vi mô sẽ phát triển thành tế bào trứng trưởng thành.

Các megagametophyte trưởng thành được tạo thành từ 8 nhân trong 7 tế bào khác nhau. Đây còn được gọi là "túi phôi", vì phôi phát triển bên trong sau khi quá trình thụ tinh xảy ra.

Phát sinh giao tử đực

Các hạt phấn hoặc vi thể sinh vật được tạo ra và nằm trong nhị hoa của hoa. Mỗi nhị hoa có một bao phấn và mỗi bao phấn thường có 4 túi nhỏ, được gọi là túi phấn.

Bên trong mỗi túi phấn là các tế bào gốc của vi bào tử, tức là của hạt phấn. Tất cả các tế bào gốc đều trải qua một quá trình meiotic và bốn vi bào tử đơn bội được tạo ra từ mỗi tế bào gốc.

Các vi bào tử sinh trưởng và phát triển thành một hạt phấn chưa trưởng thành. Những hạt phấn chưa trưởng thành này có một tế bào mà từ đó "ống phấn" phát sinh và một tế bào phát triển, sẽ tạo ra hai tế bào sinh tinh.

Trước khi phấn hoa được giải phóng khỏi bao phấn, nó phát triển một lớp vỏ bảo vệ bên ngoài của một loại protein gọi là exin và lớp vỏ bảo vệ bên trong của một loại protein khác, intin. Nhiều loài thực vật có thể được xác định thông qua mô hình phát triển trên lớp phủ bên trong của hạt phấn.

Sự phát triển cuối cùng của hạt phấn xảy ra với sự “nảy mầm” của ống phấn, điều này chỉ xảy ra sau khi hạt phấn được đặt trên đầu nhụy của hoa mà sau đó sẽ thụ phấn.

Người giới thiệu

1. Desai, N., Ludgin, J., Sharma, R., Anirudh, RK, & Agarwal, A. (2017). Phát sinh giao tử cái và đực. Trong y học sinh sản lâm sàng và phẫu thuật (trang 19-45). Springer, Cham.
2. Hilscher, W., & Hilscher, B. (1976). Động học của quá trình sinh giao tử đực. Andrologia, 8 (2), 105-116.
3. McCormick, S. (1991). Phân tích phân tử quá trình phát sinh giao tử đực ở thực vật. Xu hướng Di truyền học, 7 (9), 298-303.
4. Ünal, E., & Amon, A. (2011, tháng 1). Sự hình thành giao tử thiết lập lại đồng hồ lão hóa trong nấm men. In Cold Spring Harbour hội thảo chuyên đề về sinh học định lượng (Tập 76, trang 73-80). Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor Press.
5. Van Blerkom, J., & Motta, P. (Eds.). (2012). Siêu cấu trúc của sự sinh sản: Sự hình thành giao tử, Sự thụ tinh và Sự hình thành phôi (Tập 2). Springer Science & Business Media.
6. Van Werven, FJ & Amon, A. (2011). Quy chế nhập giao tử. Các giao dịch triết học của Hiệp hội Hoàng gia B: Khoa học Sinh học, 366 (1584), 3521-3531.
7. Wilson, ZA và Yang, C. (2004). Phát sinh giao tử thực vật: bảo tồn và tương phản trong phát triển. Sao chép, 128 (5), 483-492.