اسپرم چیست؟ | ساختار، عملکرد، مراحل تولید و ناهنجاری ها

سیستم تولید مثل یک مرد به طور خاص برای تولید، ذخیره و انتقال اسپرم طراحی شده است. بر خلاف دستگاه تناسلی زنان، اندام‌های تولید مثل مردان در قسمت داخلی و خارجی حفره لگن قرار دارند و از بیضه‌ها، سیستم مجاری تناسلی شامل اپیدیدیم و وازودفرنس (مجرای اسپرم) و غدد جانبی شامل وزیکول‌های منی و غده پروستات و آلت تناسلی مرد تشکیل می‌شوند. در این مقاله در ارتباط با ویژگی‌های مختلف اسپرم، ساختار آن، مراحل تولید اسپرم و ناهنجاری‌های رایج آن توضیح داده شده ‌است.

اسپرم چیست ؟

«اسپرم» (Sperm) سلول جنسی یا گامت دستگاه تولید مثل مردان است. حیوانات، اسپرم متحرک با دمی معروف به تاژک تولید می‌کنند که این سلول «اسپرماتوزوآ» (Spermatozoa) نامیده می‌شود. در حالی که برخی از جلبک‌ها و قارچ‌های قرمز سلول‌های اسپرم غیر متحرکی به نام «اسپرماتیا» (Spermatia) دارند.

فیلم آموزش زیست شناسی 2 – زیست پایه یازدهم در فرادرس

کلیک کنید

گیاهان گلدار دارای اسپرمِ غیر متحرک در داخل گرده هستند، اما برخی از گیاهان دو پایه (دارای درخت ماده و درخت نر)‌ مانند سرخس و برخی از «ژیمناسپرم‌ها» (Gymnosperms) دارای اسپرمِ متحرک دارند. در ادامه این مطلب به ساختار، مراحل تولید و برخی ناهنجاری‌های مرتبط با اسپرمِ انسان پرداخته‌ایم.

در چه سنی اسپرم تولید می شود؟

با شروع بلوغ در مردان، تولید اسپرم‌های بالغ آغاز می‌شود که سن دقیق آن در افراد مختلف متفاوت است اما به طور معمول تولید اسپرم، در حدود سن 10 تا 12 سالگی در پسران جوان آغاز می‌شود. با رسیدن به سن بلوغ، هر روز میلیون‌ها سلول اسپرم تولید می‌شوند که طول هر یک از آن‌ها حدود 0/002 اینچ (0/05 میلی متر) است.

اسپرم چه اندامک هایی دارد؟

سلول اسپرمِ پستانداران را می‌توان به ۴ قسمت سر، قسمت میانی، گردن و دم اسپرم تقسیم بندی کرد که هریک ویژگی‌های عملکردی خاص خود را دارند.

• سر اسپرم: شامل هسته‌ای حاوی رشته‌های کروماتین بسیار پیچ‌خورده است که در ناحیه قدامی، توسط کیسه‌ای نازک و صاف به نام «آکروزوم» (Acrosome) احاطه شده که حاوی آنزیم‌هایی برای نفوذ به تخمک است. همچنین در سر اسپرم، تعدادی واکوئل قرار دارند.
• قسمت میانی اسپرم: این قسمت دارای ۱۰ تا ۱۴ مارپیچ میتوکندری است که رشته محوری را در سیتوپلاسم احاطه کرده است. همچنین دارای یک سانتریول حلقه‌ای (آنولوس) است که بین قطعه میانی و قطعه اصلی یک مانع برای انتشار ترکیبات ایجاد و به عنوان یک ساختار تثبیت‌کننده برای حفظ ثبات دم عمل می‌کند.
• گردن اسپرم: یا قطعه اتصال اسپرم، شامل یک سانتریول معمولی و یک سانتریول غیرمعمول همچون «سانتریول پروگزیمال مانند» (Proximal Centriole-Like) است. این بخش میانی، یک مرکز فیلامانی (رشته‌ای) همراه با تعداد فراوانی میتوکندری در اطراف آن دارد. میتوکندری‌ها انرژی لازم برای حرکت اسپرم و حیات آن را از طریق تولید ATP فراهم می‌کنند.
• دم اسپرم: دم اسپرم که تاژک نیز نامیده می‌شود، طولانی‌ترین بخش اسپرم و قادر به انجام حرکات موج مانند است و اسپرم را برای جابجایی به سمت تخمک و لقاح کمک می‌کند. پیش از این تصور می‌شد که حرکات دم به صورت متقارن و مارپیچی است اما یک مطالعه در سال 2020 در دانشگاه بریستول نشان داد که دم به شکل پیچیده‌تری حرکت می‌کند و ترکیبی از امواج نامتقارن دایره‌ای و امواج ایستا است و در عین حال حرکات چرخشی کل بدن به دستیابی به تقارن حرکتی کمک می‌کند.

اسپرم های متحرک

سلول‌های اسپرمِ متحرک به طور معمول از طریق تاژک حرکت می‌کنند و برای شنا به سمت تخمک و لقاح به یک محیط آبی نیاز دارند. در حیوانات، بیشتر انرژی حرکتی اسپرم از متابولیسم فروکتوز موجود در مایع منی حاصل می‌شود. این امر در میتوکندری واقع در بخش میانی اسپرم اتفاق می‌افتد. این سلول‌ها به دلیل ماهیت حرکت خود نمی‌توانند به عقب شنا کنند.

فیلم آموزش زیست شناسی 2 – زیست پایه یازدهم در فرادرس

کلیک کنید

اسپرم‌های متحرک در بسیاری از پروتئین‌ها و گامتوفیت‌های بریوفیت، سرخس و برخی از ژیمناسپرم‌ها (مانند سیكادها و جینكو) نیز وجود دارند و تنها سلول‌های تاژک‌دار در چرخه زندگی این گیاهان هستند. در بسیاری از سرخس‌ها و لیکوفیت ها، سیكادها و جینكو، اسپرم‌ها چند تاژک دارند. در نماتدها، اسپرم‌ها آمیبوئید هستند، یعنی حرکات آمیبی دارند و به جای شنا، به سمت تخمک می‌خزند.

اسپرم های بدون تحرک

اندام جنسی نر به نام «اسپرماتانژیا» در برخی گونه‌ها، که یاخته‌های منفرد و غیر متحرک به نام «اسپرماتیا» تولید می‌کند که فاقد تاژک هستند و بنابراین نمی‌توانند شنا کنند. از آنجا که اسپرماتیا قادر به شنا نیست، جابجایی و رسیدن آن به سلول تخمک، به شرایط محیط وابسته است. برخی از جلبک‌های قرمز مانند «Polysiphonia»، اسپرماتیوی غیر متحرک تولید می‌کنند که پس از آزاد شدن، توسط جریان آب پراکنده می‌شوند.

اسپرماتای ​​قارچ‌های زنگ‌زده با ماده‌ای چسبناک پوشانده شده است. اسپرماتا در این قارچ‌ها درون ساختارهای فلاسکی شکل حاوی شهد تولید می‌شوند، این شهد مگس‌هایی را که در گرده افشانی نقش دارند را به گیاهان گلدار جذب می‌کند. اسپرماتای ​​قارچی ممکن است با کندی اشتباه گرفته شود.

کندی‌ها اسپورهای غیر جنسی و غیر متحرک قارچ‌ها هستند که به طور مستقل از لقاح (تولید مثل غیر جنسی) جوانه می‌زنند، در حالی که اسپرماتیت‌ها برای لقاح لازم هستند. در برخی از قارچ‌ها مانند «Neurospora crassa»، اسپرماتیا با میکروکندیا یکسان است زیرا می‌تواند هر دو عملکرد لقاح را انجام دهد و همچنین بدون لقاح موجودات جدید ایجاد کند.

اسپرم در گیاهان

سلول‌های اسپرم، در جلبک‌ها و بسیاری از گامتوفیت‌های گیاهی از طریق تقسیم میتوزی در «گامتانژی» (Gametophytes) یا آنتریدیا تولید می‌شوند. در گیاهان گلدار، اسپرم در داخل گرده تولید می‌شود.

اجزای اسپرم

اسپرم، در واقع یک سلول است و مانند تمام یاخته‌های دیگر دارای اندامک‌های مختلف است که بر اساس عملکرد آن، در بخش‌های متفاوت قرار گرفته‌اند. در ادامه به اندامک‌های اسپرم و عملکرد آن‌ها می‌پردازیم.

هسته اسپرم

تقریباً در تمام «رویان‌داران» (Embryophytes) یا گیاهان خاکی، که از گیاهان باستانی هستند، از جمله اکثر ژیمنوسپرم‌ها و تمام آنژیوسپرم‌ها، گامتوفیت‌های نر (دانه‌های گرده) از طریق گرده‌افشانی توسط جریان باد یا حشرات، از پایه نر به پایه ماده می‌رسند. هر دانه گرده حاوی یک سلول اسپرماتوژن (سلول مولد اسپرماتوزوآ) است. هنگامی که گرده بر روی کلاله یک گل قرار می‌گیرد، جوانه می‌زند و شروع به ایجاد لوله گرده می‌کند.

قبل از رسیدن لوله گرده به تخمک‌، هسته سلول مولد در دانه گرده تقسیم می‌شود و دو هسته اسپرم، ایجاد می‌کند، سپس گامتوفیت‌های نر برای لقاح، از طریق لوله به تخم تخلیه می‌شوند. در برخی از پروتیست‌ها (آغازیان)، علوه بر سلول، هسته نیز در لقاح مشارکت دارد و طی لقاح از طریق لوله به سلول تخم منتقل خواهد شد. کپک‌های آبی یا «قارچ‌های اوومیست» (Oomycetes) یوکاریوت، قارچ مانند و برای رشد و نمو وابسته به آب هستند.

این جانداران هسته‌های اسپرم را در یک آنتریدیوم همسان در اطراف سلول‌های تخم تشکیل می‌دهند. هسته اسپرم، از طریق لوله‌های لقاح به تخمک‌ها می‌رسد، که شبیه مکانیسم لوله گرده در گیاهان است.

سانتریول اسپرم

در بیشتر اسپرم‌های سانتریول در قسمت گردن قرار دارد. اسپرمِ بیشتر حیوانات شامل دو نوع سانتریول به نام سانتریول دیستال و پروگزیمال است. در برخی دیگر از جانوران مانند انسان و گاو یک سانتریول معمول به نام سانتریول پروگزیمال و یک سانتریول با ساختار غیرمعمول وجود دارد. موش و موش صحرایی هیچ سانتریول قابل تشخیصی ندارند.

«مگس میوه» (Drosophila Melanogaster) دارای یک سانتریول منفرد و یک سانتریول غیرمعمول به نام «Proximal Centriole-Like» است.  یکی از مراحل مهم لقاح قرارگیری دو پرونوکلئوس یا پیش هسته نر و ماده ایت که با یک سیستم میکروتوبولی در یک راستا قرار می‌گیرند. این مرحله «سینگامی» (Syngamy) نام دارد. طی این پدیده، کروموزوم‌های نر و ماده در یک راستا قرار می‌گیرند و سانتریول تشکیل خواهد شد.

تخمک (اووسیت) تمام اجزای لازم و سیتوپلاسم را برای جنین در اختیار می‌گذارد و اسپرم نیز ساختاری به نام «سانتروزوم» را پس از لقاح تشکیل می‌دهند که با سازماندهی ساختار میکروتوبولی، کار تقسیم میکروتوبول‌ها را انجام می‌دهند. سانتزوزوم از دو سانتریول دیستال و پروگزیمال عمود بر هم تشکیل می‌شود که همراه با ترکیباتی به نام گاماگلوبولین‌ها در اطراف آن، در مجموع مرکز سازماندهی میکروتوبول (MTOC) نام دارند. اسپرمِ انسان نیز دو سانتریول کاملا مشخص دیستال و پروگزیمال دارد.

• سانتریول پروگزیمال به صورت دو قطعه در مجاورت صفحه قاعده‌ای سر اسپرم قرار دارد و از ٩ ردیف ۳ تایی میکروتوبول تشکیل شده است.
• سانتریول دیستال عمود بر سانتریول پروگزیمال قرار دارد و در امتداد محور تاژک قرار می‌گیرد و در طول فرایند اسپرمیوژنز به آکسونم تبدیل می‌شود.

مشخص نیست که در لقاح، سانتروزوم مادری چه سرانجامی پیدا می‌کند ولی احتمالا مرحله سینگامی یا طی بلوغ اووگونی از بین می‌رود. اگر سانتروزوم‌های هر دو گامت باقی بمانند و عملکرد خود را حفظ کنند، در اولین تقسیم میتوزی، گامت دارای دو مجموعه سانتروزوم و چهار سانتریول خواهد شد و دوک‌های چندقطبی و غیر طبیعی شکل می‌گیرند. سـانتريول اسپرم، در طول مرحله پرونوكلئوس دو برابر می‌شود و در مرحله سينگامی يک يا دو سانتريول در قطب‌های مخالف قرار می‌گیرند. آسیب سانتروزومی می‌تواند به توقف لقاح، یا توزیع نابرابر کروموزوم‌ها و در نتیجه انواع ناهنجاری‌های جنین منجر شود.

آکروزوم اسپرم

آکروزوم که حاوی آنزیم‌های لازم برای ورود به تخمک است، از تغییر جسم گلژی به وجود می‌آید. آکروزوم آنزیم‌های هیالورونیداز، آنزیم نفوذ کننده به تاج، زونا پلاسیدا یا آئروسین را ترشح می‌کند که برای لقاح لازم هستند. واکنش آکروزومی در ناحیه آکروزومی اتفاق می‌افتد و شامل ممزوج شدن غشای پلاسمایی با غشای خارجی آکروزوم است.

دم اسپرم

دم اسپرم، نوع خاصی از تاژک یا «سیلیوم» (Aka Flagella) است. در بسیاری از حیوانات دمِ اسپرم، به روشی منحصر به فرد ایجاد می‌شود که به آن «تاژک‌زایی سیتوزولی» (Cytosolic Ciliogenesis) گفته می‌شود چون تمام یا بخشی از آکسونم دم اسپرم، در سیتوپلاسم (سیتوزول) تشکیل شده است یا در سیتوپلاسم قرار می‌گیرد.

اندازه اسپرم چقدر است؟

اندازه اسپرم، با کیفیت آن مرتبط است. به عنوان مثال، اسپرمِ برخی از گونه‌های «مگس میوه» (Drosophila) تا 5/8 سانتی‌متر طول دارند که حدود 20 برابر بیشتر از اسپرمِ مگس است. اسپرم‌های بزرگ در مقایسه با نمونه‌های کوچک‌تر خود، در جابجایی و پیشروی به سمت تخمک بهتر عمل می‌کنند. سلول اسپرمِ انسان از یک سر تخت و دیسکی به اندازه 5/1 میکرومتر در 3/1 میکرومتر و یک دم به طول 50 میکرومتر تشکیل شده است.

تاژک‌ اسپرم را با حرکات شلاقی با سرعت حدود 1 تا 3 میلی‌متر در دقیقه به جلو حرکت می‌دهد. اسپرم‌ها پس از رسیدن به لوله‌های فالوپ رحم، باید قبل از نفوذ به تخمک، یک دوره ظرفیت‌یابی (Capacitation) را بگذرانند.

ظرفیت یابی اسپرم چیست؟

ظرفیت‌یابی مجموعی از فرایندهای بیوشیمایی و یکی از آخرین مراحل بلوغ اسپرماتوزوآی پستانداران برای توانایی بارور کردن تخمک است. رحم به علت ترشح موادی از قبیل استرول بایندینگ آلبومین، لیپو پروتئین، پروتئولیتیک و آنزیم‌های گلیکوزیداز از قبیل هپارین به این فرایند کمک می‌کند.

اسپرم غیر پستانداران به ظرفیت‌گیری احتیاجی ندارند و بلافاصله پس از انزال قادر به بارور کردن تخمک می‌باشند. اسپرم بعد از ظرفیت یابی باید تحت فرایند اکتیویشن که شامل واکنش آکروزومی است قرار بگیرد.