گامت‌ زایی یا «گامتوژنز» (Gametogenesis) فرایند زیستی است که طی آن سلول‌های دیپلوئید یا هاپلوئید اولیه تقسیم سلولی انجام می‌دهند و به سلولی‌های تخصص یافته‌ای به نام گامت تبدیل می‌شوند.

گامت زایی چیست؟

گامت‌ زایی در علم جنین شناسی شامل گروهی از فعالیت‌های سلولی است که در نهایت باعث تولید گامت یا سلول جنسی در یک ارگانیسم می‌شوند. تشکیل سلول تخمک (در ارگانیسم‌های ماده) در تخمدان «اووژنز»‌ (Oogenesis) نامیده می‌شود و تولید گامت نر (سلول‌های جنسی نر) یا اسپرم (اسپرماتوزوا) «اسپرماتوژنز» (Spermatogenesis) نامیده می‌شود. برای تشکیل سلول تخم و ارگانیسم جدید، دو گامت نر و ماده با یکدیگر ادغام می‌‌شوند و در نهایت یک سلول تخم تشکیل می‌شود که شروع به رشد و تقسیم می‌کند و یک ارگانیسم جدید را می‌سازد.

لقاح
تصویر ۱: در طی فرایند لقاح در اثر ادغام گامت های نر و ماده (سلول‌های تخمک و اسپرم)، سلول تخم ایجاد می‌شود.

در این مطلب به بررسی دو گونه گامت‌ زایی در انسان و در دو جنس زن و مرد می‌پردازیم.

اسپرماتوژنز

اسپرماتوژنز‌، فرایندی است که در اندام‌های تولید مثلی جنس نر رخ می‌دهد و در آن سلول‌های جنسی یا گامت‌ ها به اسپرم (زامه) تکامل پیدا می‌کنند. اندام جنسی مرد (بیضه‌‌ها) از تعداد زیادی لوله‌ نازک و محکم پیچیده در هم تشکیل شده است که به عنوان لوله‌‌های منی‌ساز (Seminiferous Tubule) در این اندام شناخته می‌شوند. سلول‌های اسپرم در دیواره‌‌های این لوله‌ها تولید می‌شوند. در داخل دیواره‌‌های لوله‌ها‌، بسیاری از سلول‌های تصادفی پراکنده نیز وجود دارند که به نام «سلول‌های سرتولی» (Sertoli Cells) نامیده می‌شوند و با تامین مواد مغذی و فرآورده‌‌های خونی برای سلول‌‌های اسپرم نابالغ  تا زمانی که به رشد کافی برسند، از آن‌ها حمایت می‌کنند.

همزمان با رشد سلول‌های زایای اولیه، سلول‌های سرتولی در انتقال این سلول‌ها از سطح بیرونی لوله‌ منی ساز به سطح دورنی آن کمک می‌کنند.

مراحل اسپرماتوژنز

سلول‌‌های اسپرم به طور مداوم توسط بیضه‌‌ها تولید می‌شوند‌، اما همه مناطق لوله‌‌های منی‌ساز به طور همزمان سلول‌‌های اسپرم تولید نمی‌کنند. یک سلول زایای نابالغ تا رسیدن به بلوغ نهایی 74 روز زمان لازم دارد و در طی این روند رشد مراحل استراحت متناوبی نیز وجود دارد.

مراحل اسپرماتوژنز
تصویر ۲: مراحل مختلف اسپرماتوژنز

تولید اسپرماتوگونی

سلول‌های نابالغ که «اسپرماتوگونی» (Spermatogonium) نام دارند، از سلول‌هایی به نام «سلول‌های بنیادی» (Stem Cell) در دیواره بیرونی لوله‌های منی‌ساز تشکیل می‌شوند. سلول‌های بنیادی تقریباً کاملاً از مواد هسته‌ای تشکیل شده‌اند. به عبارت دیگر حاوی کروموزوم‌ها هستند.

سلول‌های بنیادی روند فعالیت خود را با تقسیم‌های پی در پی به نام تقسیم‌های میتوزی آغاز می‌کنند. نیمی از سلول های جدیدی که از تقسیم سلول‌های بنیادی به وجود می‌آیند، سلول‌های اسپرم آینده را تشکیل می‌دهند. نیم دیگر این سلول‌های جدید به عنوان سلول‌های بنیادی جدید ذخیره می شوند، بنابراین منبع همیشگی از سلول‌های بنیادی در این حالت وجود دارد.

تولید اسپرماتوسیت اولیه

اسپرماتوگونی سلول‌هایی هستند که برای تکامل به اسپرم‌های بالغ رشد می‌کنند به همین دلیل به آن‌ها اسپرم‌های اولیه یا «اسپرماتوسیت‌های اولیه» (First Spermatocyte) هم می‌گویند. برای تولید اسپرماتوسیت‌های اولیه، اسپرماتوگونی‌ها از بخشی خارجی لوله‌های منی‌ساز به بخش درونی آن حرکت می‌کنند و در کنار سلول‌های سرتولی جای می‌گیرند. اسپرم‌های اولیه کم کم شروع به رشد می‌کنند و طی آن سیتوپلاسم آن‌ها افزایش می‌یابد و اندامک‌های سیتوپلاسمی آن‌ها شکل می‌گیرد.

تولید اسپرماتوسیت ثانویه

بعد از فاز استراحت، اسپرماتوسیت‌های اولیه طی تقسیم میوز اولیه و به سلول‌های اسپرم ثانویه یا «اسپرماتوسیت ثانویه» (Second Spermatocyte) تبدیل می‌شوند. در طول تقسیم سلولی محتوی هسته نیز تقسیم می‌شود. در هسته اسپرماتوسیت‌های اولیه ۴۶ کروموزوم وجود داشت و در هر یک از هسته‌های اسپرماتوسیت‌های ثانویه ۲۳ کروموزوم قرار می‌گیرد (مشابه تعداد کروموزوم‌ها در سلول‌های تخمک). زمانی که تخمک و اسپرم ترکیب می‌شوند، کروموزوم‌های آن‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند و ویژگی‌های هر یک از سلول‌های اسپرم و تخمک مخلوط شده و موجود جدید شروع به رشد می‌کند.

تولید اسپرماتوئید

اسپرماتوسیت‌های ثانویه برای این که بتوانند به یک «اسپرم بالغ» (Mature Sperm) یا گامت نر بالغ تبدیل شده و تخمک را بارور کنند، باید مرحله دوم میوز را نیز انجام دهند که طی آن سلول‌هایی به نام «اسپرماتوئید» (Spermatoid) تشکیل می‌شود که یک نسخه از هر آلل از ژن‌های سلول اولیه را دارا است.

تولید اسپرم بالغ

اسپرماتوئیدها که اکنون هاپلوئید نیز هستند، برای این که بتوانند وارد فرایند لقاح شوند، نیاز به ایجاد تغییرات خاصی در شکل و ساختمان سلولی خود دارند. برای این تغییرات، مواد هسته‌ای متراکم شده و هسته ساختار تخم مرغ شکلی به خود می‌گیرد، این ناحیه به عنوان سر اسپرم شناخته می‌شود.

سر اسپرم توسط یک لایه محافظ به نام «آکروزوم» (Acrosome) پوشانده می‌شود. آکروزوم برای ورود اسپرم به سلول تخمک اهمیت دارد. این لایه پوشاننده دارای آنزیم‌هایی است که برای ورود اسپرم به سلول تخمک لازم است.

در سمت مخالف سر این سلول، ساختار دم مانندی در اسپرم‌ها ایجاد می‌شود که از سیتوپلاسم اسپرماتوسیت‌های ثانویه ایجاد شده است. در اسپرم‌های بالغ، ناحیه دم مجموعه‌ای از رشته‌های باریک است که باعث ایجاد توانایی حرکت در اسپرم‌ها می‌شود.

ساختمان اسپرم
تصویر ۳: ساختمان اسپرم بالغ

اسپرم‌ها پس از بلوغ از طریق لوله‌های منی‌ساز به بخش «اپیدیدیم» (Epididymis) (لوله‌های باریکی در بیضه‌ها هستند که محل بلوغ و ذخیره اسپرم‌ها محسوب می‌شوند) رفته و در آن جا ذخیره می‌شوند. در زمان خروج، اسپرم‌ها توسط لوله‌های اسپرم بر از اپیدیدیم خارج شده و به سمت مجرای خروجی می‌روند که از پروستات عبور می‌کند. پروستات غده‌ای است که در پشت مثانه در بدن مردان قرار دارد و ترشحات خود را به اسپرم‌هایی که در حال خروج از بدن هستند، اضافه می‌کند. ترشحات پروستات در حمل و تغذیه اسپرم‌های حین خروج اهمیت دارد.

اووژنز

در سیستم تولید مثلی زن روند تولید «تخمک» یا «کامه» (Ovum) از سلول‌های اولیه «اووژنز» نام دارد. «تخمدان» (Ovary) اندام تولید مثلی زنان است که در هر دوره می‌تواند یک تخمک یا گامت جنسی ماده آزاد کند که توانایی باروری دارد. لایه بیرونی هر تخمدان با لایه‌ای از سلول‌های اپی‌تلیوم پوشیده شده است. این پوشش، اطراف سلول‌های تخمک بالغ را در بر می‌گیرد. تخمک‌ها از زمان تولد در تخمدان‌ وجود دارند.

در تخمدان، تخمک‌ها در حفره‌هایی قرار گرفته‌اند که «فولیکول» (Follicle) نام دارند. فولیکول‌ها هر تخمک را در بر می‌گیرند. درون هر فولیکول یک تخمک‌ بالغ می‌شود. در حدود ۴ ماه زمان لازم است که هر فولیکول تکامل یافته و فعال شود.

برخی از فولیکول‌ها قبل از بالغ شدن برای مدت  ۴۰ سال به صورت خفته باقی می‌مانند. برخی دیگر از فولیکول‌ها تجزیه شده و هرگز به بلوغ نمی‌رسند. در طول دوران باروری ۳۰۰ تا ۴۰۰ فولیکول بالغ شده و تخمک‌هایی را که توانایی باروری دارند، آزاد می‌کنند.

مراحل تکامل فولیکول‌ها

به فرایند تکامل فولیکول برای آزاد شدن تخمک «فولیکولوژنز» (Folliculogenesis) می‌گویند. فولیکول‌ها در واقع پوششی متراکم از سلول‌های سوماتیکی هستند که تخمک یا اووسیت نابالغ را در بر می‌گیرند.

اولین نقش فولیکول‌ها در تخمدان محافظت از اووسیت‌ها است. فولیکول‌هایی که از زمان تولد، اووسیت‌های اولیه را در خود نگه می‌دارند را فولیکول‌های اولیه می‌گویند. در دوران بلوغ، فولیکول‌ها همراه با تحریک هورمون FSH که از هیپوفیز آزاد می‌شود، شروع به رشد و تغییر می‌کنند (فاز فولیکولی) تا به مرحله تخمک‌گذاری برسند. در طول مراحل تکامل فولیکول‌ها، هورمون‌هایی که برخی از آن‌ها از هیپوفیز ترشح می‌شوند، موثر هستند.

با رشد فولیکول‌های اولیه به ترتیب فولیکول‌های ثانویه و سوم ایجاد می‌شوند که این مراحل تکاملی با افزایش میزان هورمون استروژن همراه است. با انجام تخمک‌گذاری و آزاد شدن تخمک از فولیکول‌ها میزان ترشح این هورمون کاهش می‌یابد. در این مرحله که به «فاز لوتئالی» معروف است، میزان هورمون‌ «پروژسترون» (Progesterone) افزایش می‌یابد. بعد از رهاسازی تخمک توسط فولیکول‌ها، سلول‌های باقی مانده فولیکولی ساختاری به نام «جسم زرد» (Corpus Luteum) را تولید می‌کنند. جسم زرد با تحریک هورمون LH از هیپوفیز، هورمون‌های «استروژن» (Estrogen) و پروژسترون را ترشح می‌کند و شرایط را برای باروری آماده کرده و وظیفه تغذیه سلول تخم لقاح یافته را در مراحل اولیه رشد نیز بر عهده دارد.

مراحل رشد فولیکول ها
تصویر ۴: مراحل رشد فولیکول‌ها تا آزاد شدن گامت ماده یا تخمک (تخمک‌گذاری)

مراحل اووژنز

سلول تخمک تا زمانی که آماده آزاد شدن از تخمدان شود، به صورت تخمک اولیه باقی می‌ماند. در این هنگام، سلول تخمک دستخوش تقسیم سلولی می‌شود. هسته این سلول طی دو تقسیم میوزی ۴ سلول تولید می‌کند که تعداد کروموزوم‌های آن نصف شده و هر کدام از سلول‌های جدید دارای ۲۳ کروموزوم هستند. یکی از تخمک‌هایی که از تقسیم میوز اول به وجود می‌آیند، معمولا بزرگ‌تر از دیگری است به این تخمک تخمک ثانویه می‌گویند و سلول تخمک کوچک را جسم قطبی می‌نامند. تخمک ثانویه در تخمدان شروع به رشد می‌کند تا زمانی که طی تقسیم میوز دوم بالغ شود. پس از بلوغ تخمک، این سلول‌ها با پاره شدن فولیکول‌ها آزاد شده و از طریق عبور از لوله‌های فالوپ به سمت رحم حرکت می‌کنند. زمانی که تخمک در لوله‌های فالوپ قرار دارد، بهترین زمان برای باوری تخمک توسط سلول اسپرم است.

هورمون‌های تحریک کننده فولیکول توسط غده هیپوفیز به خون ترشح می‌شود و موجب رشد تخمک می‌شوند. بعد از این که تخمک بالغ شد، هورمون دومی به نام لوتئینی از غده هیپوفیز آزاد می‌شود که باعث رهاسازی تخمک از فولیکول می‌شود، به این فرایند تخمک گذاری می‌گویند.

اووژنز
تصویر ۵: مراحل انجام گامت زایی در اندام تولید مثلی زن

زمانی که یک زن به دوران «یائسگی» (Menopause) می‌رسد، اکثر فولیکول‌های باقی مانده در تخمدان او تجزیه می‌شوند و دورن باروری او به اتمام می‌رسد.

فرایند لقاح

لقاح زمانی اتفاق می‌افتد که یک اسپرم بالغ بتواند با موفقیت به درون یک سلول تخمک وارد شود و کروموزوم‌های هریک از  گامت ها یا سلول‌های اسپرم و تخمک (۲۳ کروموزوم) با یکدیگر ترکیب شده و سلول تخم با ۴۶ کروموزوم را تشکیل دهند.

همان طور که در بالا گفته شد، در قسمت سر اسپرم کلاهکی به نام آکروزوم وجود دارد که دارای آنزیم‌های هضم کننده‌ای است که به گلیکوپروتئین‌های سطح غشای سلول‌های تخمک حمله کرده و با هضم آن‌ها، می‌تواند اسپرم را وارد سلول تخمک کند. ورود اولین اسپرم به تخمک باعث آزاد سازی کلسیم شده که از ورود اسپرم‌های دیگر به سلول تخمک جلوگیری می‌کند.

عمل لقاح معمولا در بخش آمپول یکی از لوله‌های فالوپ انجام می‌گیرد. پس از لقاح، سلول تخم با تقسیم‌های میتوزی متوالی تکثیر می‌یابد. به سلول‌هایی که در اثر تقسیم‌های متوالی میتوزی از زیگوت به وجود می‌آیند، «بلاستومر» (Blastomeres) می‌گویند که در کنار هم توده متراکمی از سلول‌ها به نام «مورولا» (Morula) را می‌سازند. با افزایش تقسیم سلولی توده سلولی کروی ایجاد می‌شود که درون آن را مایعی پر می‌کند به این توده «بلاستوما» (Blastoma) می‌گویند. در این مرحله این توده سلولی به دیواره رحم متصل می‌شود و ارتباط بین مادر و جنین شکل می‌گیرد که از طریق آن مواد غذایی و اکسیژن به سلول‌های جنینی منتقل می‌شود. به این مرحله «لانه گزینی» (Implantation) می‌گویند.

مراحل لانه گزینی
شکل ۶: مراحل لانه گزینی که طی آن توده سلولی جنین به دیواره رحم مادر نفوذ کرده و از طریق آن مواد غذایی و اکسیژن به جنین می‌رسد.

در ادامه، این توده سلولی کروی از بخشی دچار فرورفتگی می‌شود و با افزایش این فرورفتگی جنین به شکل یک کیسه دو جداره شده که در این مرحله آن را «گاسترولا» (Gastrula) می‌نامند. به مرحله تشکیل گاسترولا «لایه زایی» می‌گویند. در مرحله لایه زایی «جفت» (Placenta) تشکیل می‌شود و تمایز سلول‌های لایه درونی منجر به ایجاد کیسه آمینوتیک (کیسه‌ای پر از مایع آمینوتیک که جنین در آن شناور می‌ماند) می‌شود.

پس از رشد لایه‌های مختلف فرایند‌های مختلفی جهت تمایز و تشکیل سلول‌های اختصاصی و تولید اندام‌های مختلف انجام می‌شود تا در نهایت اندام‌های حیاتی جنین کامل شده و آماده تولد شوند.

اگر این مطلب برای شما مفید بود، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شود:

^^

شکوفه دلخواهی کارشناس ارشد نانوبیوتکنولوژی است. فعالیت‌های علمی و کاری او در زمینه تکنیک‌های زیست فناوری و طراحی نانوزیست‌حسگر بوده و اکنون در مجله فرادرس آموزش‌های زیست‌شناسی می‌نویسد.

بر اساس رای 33 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *