Spis treści

Wprowadzenie

Przeczytaj

Symulacja interaktywna

Sprawdź się

Dla nauczyciela

Spermatogeneza i spermiogeneza

Ludzkie plemniki. Skaningowy mikroskop elektronowy, powiększenie 2500×.

Źródło: Enver Kerem Dirican, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 4.0.

Spermatogeneza to proces powstawania w jądrach męskich komórek płciowych, czyli plemników. Składa się z trzech etapów. Ostatni z nich, w wyniku którego powstają dojrzałe plemniki, nazywamy spermiogenezą. Pełen cykl spermatogenezy trwa ok. 74 dni. Proces ten przebiega w temperaturze o 2,5 do 4°C niższej od temperatury ciała, co jest możliwe dzięki umiejscowieniu jąder poza jamą brzuszną w mosznie.

Twoje cele

- Wyjaśnisz, na czym polega spermatogeneza i spermiogeneza.

- Przeanalizujesz przebieg kolejnych etapów tworzenia plemników.

- Omówisz budowę plemnika.

Przeczytaj

Spermatogeneza i spermiogeneza

Z pierwotnych komórek płciowych, w wyniku kolejnych podziałów mitotycznych w okresie życia płodowego, powstają diploidalne spermatogonia. W okresie poprzedzającym dojrzałość płciową pozostają one w spoczynku. Od momentu rozpoczęcia dojrzewania płciowego powstają w nich — również mitotycznie — tzw. spermatocyty I rzędu. Dzielą się one przez podziały mejotyczne, dając najpierw spermatocyty II rzędu, a następnie spermatydy o haploidalnej liczbie chromosomów. Spermatyda przekształca się ostatecznie w plemnik – ten ostatni proces zwany jest spermiogenezą.

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W procesie spermatogenezy wyróżnia się trzy główne etapy:

1. Podział spermatogonii, czyli pierwotnych komórek płciowych. Na drodze podziałów mitotycznych przekształcają się one w spermatocyty I rzędu. Zarówno spermatogonia, jak i spermatocyty I rzędu są komórkami diploidalnymi (tzn. zawierają podwójną liczbą chromosomów = 46).

2. Podział redukcyjny (mejoza) spermatocytów I rzędu. Powstające dwa nowe spermatocyty II rzędu (z podziału jednego spermatocytu I rzędu) zawierają już tylko połowę liczby chromosomów, czyli po 23. Przez to są o połowę mniejsze. Spermatocyty II rzędu przechodzą następnie drugi podział mejotyczny, który doprowadza do utworzenia spermatyd.

3. Spermiogeneza, podczas której spermatydy przekształcają się w dojrzałe plemniki, odrzucając większość cytoplazmy i organelli komórkowych oraz wykształcając struktury umożliwiające dotarcie do komórki jajowej i jej zapłodnienie.

Spermatogeneza przebiega w nasieniotwórczych kanalikach jąder.

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., na podstawie: Neil Campbell i in., Biologia, tłum. K. Stobrawa i in., Dom Wydawniczy REBIS, Poznań 2016, licencja: CC BY-SA 3.0.

Budowa plemnika

Budowa plemnika.

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Dojrzały plemnik ma długość ok. 60 μmum i składa się z główki (zawierającej haploidalne jądro plemnika), szyjki, wstawki (zaopatrzonej w liczne mitochondria, które dostarczają komórce rozrodczej energii niezbędnej do poruszania się) oraz witki (stanowiącej narząd ruchu męskiej gamety).

W procesie spermiogenezy na szczycie główki z aparatu Golgiego tworzy się akrosom. Zawiera on enzymy hydrolityczne, które umożliwiają wniknięcie plemnika do wnętrza komórki jajowej.

Cały proces dojrzewania męskiej komórki rozrodczej trwa ok. 74 dni. Plemniki produkowane są do końca życia mężczyzny.

Słownik

akrosom, ciało szczytowe

pęcherzyk wydzielniczy zlokalizowany w szczytowej części główki plemnika, przylegający do otoczki jądrowej; zawiera enzymy hydrolityczne

aparat Golgiego

organellum komórkowe w postaci systemu spłaszczonych, obłonionych woreczków (cystern) oraz towarzyszących im pęcherzyków i wakuoli, występujących w cytoplazmie większości komórek eukariotycznych

komórka jajowa

dojrzała komórka rozrodcza żeńska zwierząt i człowieka, zdolna do zapłodnienia i rozwoju w nowy organizm

komórki Sertolego

komórki występujące w obrębie nabłonka plemnikotwórczego kanalika krętego jądra, rozmieszczone od błony podstawnej do światła kanalika; pełnią funkcję wspomagającą wobec komórek nabłonka plemnikotwórczego, wydzielają płyn stanowiący środowisko dla plemników, a ponadto pełnią funkcję wewnątrzwydzielniczą

mejoza

(gr. meiosis – zmniejszenie) podział redukcyjny jądra komórkowego, prowadzący do wytworzenia haploidalnych komórek płciowych, czyli gamet, u zwierząt tkankowych (oogeneza, spermatogeneza), zarodników u mszaków i paprotników oraz ich odpowiedników u roślin nasiennych (sporogeneza); u organizmów niższych (np. glonów, pierwotniaków) mejoza nie musi być związana z produkcją gamet bądź zarodników i zachodzi w różnych fazach cyklu życiowego (koniugacja, przemiana pokoleń)

mitoza

(gr. mitos – nić) sposób podziału jądra komórkowego (poprzedzony interfazą), prowadzącego do powstania dwóch jąder potomnych (siostrzanych), z których każde otrzymuje zestaw chromosomów identyczny pod względem ich liczby (ploidalności) z zestawem chromosomów obecnym w jądrze komórkowym przed podziałem

plemnik

gameta męska; męska komórka rozrodcza

spermatocyt I rzędu

komórka powstająca podczas spermatogenezy ze spermatogonium, która przechodzi podział redukcyjny mejozy

spermatocyt II rzędu

komórka powstająca podczas spermatogenezy ze spermatocytu I rzędu, która przechodzi podział wyrównawczy mejozy

spermatogeneza

powstawanie plemników w kanalikach nasiennych jąder

spermatogonium

pierwotna komórka rozrodcza męska u zwierząt i człowieka

spermatyda

komórka rozrodcza męska powstająca ze spermatocytu II rzędu

spermiogeneza

końcowy etap spermatogenezy, podczas którego spermatydy są przekształcane w dojrzałe plemniki

Symulacja interaktywna

Symulacja 1

Przesuwając suwak, obserwuj poszczególne etapy spermatogenezy.

Symulacja przedstawia przebieg spermatogenezy. Pierwotne komórki płciowe w zarodku na skutek podziałów mitotycznych dają komórkę diploidalną 2n 2c – n oznacza liczbę chromosomów, c ilość DNA. Na skutek podziałów mitotycznych powstaje spermatogonium – komórka 2n 2c. Dalsza mitoza daje komórkę 2n 4c – to spermatocyt pierwszego rzędu. Pierwszy podział mejotyczny daje spermatocyty drugiego rzędu – to dwie komórki haploidalne 1n 2c. W wyniku drugiego podziału mejotycznego powstają cztery komórki haploidalne 1n 1c – to wczesna spermatyda. W wyniku dwóch stadiów różnicowania powstają cztery plemniki o jądrach 1n 1c. Dojrzałe plemniki są uwalniane do światła kanalika nasiennego.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DNrRmg0oPOtwiera się w nowym oknie

Przebieg spermatogenezy.

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o, Neil Campbell i in., Biologia, tłum. K. Stobrawa i in., Dom Wydawniczy REBIS, Poznań 2016, licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

Przeanalizuj symulację interaktywną przedstawiającą przebieg spermatogenezy, a następnie opisz jej poszczególne etapy.

Polecenie 2

Wyjaśnij, które komórki ulegają podziałom mejotycznym, a które mitotycznym podczas spermatogenezy. Jak i dlaczego dochodzi do zmiany liczby chromosomów?

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

Zaznacz prawidłowe dokończenie zdania.

Spermatogeneza rozpoczyna się w…

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- nabłonku plemnikotwórczym w kanalikach nasiennych jednego z jąder.

- nabłonku plemnikotwórczym w ciele jamistym.

- nabłonku plemnikotwórczym w kanalikach nasiennych każdego z jąder.

- nabłonku plemnikotwórczym w nasieniowodzie.

Ćwiczenie 2

Zaznacz wszystkie fałszywe zdania.

Zaznacz prawidłowe odpowiedzi.

- Z jednego spermatocytu I rzędu powstają cztery spermatydy.

- Spermatogonia dzielą się mitotycznie.

- Spermatocyty I rzędu podlegają mitozie.

- Produkcja gamet u człowieka zachodzi jedynie wiosną.

Ćwiczenie 3

Uporządkuj kolejne stadia spermatogenezy.

- Poziom 1:Dwa spermatocyty II rzędu

- Poziom 2:Spermatogonium

- Poziom 3:Spermatocyt I rzędu

- Poziom 4:Cztery spermatydy

- Poziom 5:Cztery dojrzałe plemniki

Ćwiczenie 4

Przeciągnij brakujące wyrażenia w odpowiednie miejsca w tekście.

Każdy dojrzały plemnik składa się z główki, wstawki i    . W skład główki wchodzi przede wszystkim    . Jego szczytowa część zawiera    , w którym znajdują się enzymy. We wstawce występują liczne    , których funkcją jest    .

produkcja białek     dostarczanie energii     jądra komórkowe     wydzielanie hormonów     witki     mitochondria     rzęski     mitochondrium     aparat    Golgiego  akrosom     mikrotubule     jądro komórkowe

Ćwiczenie 5

Połącz w pary pojęcia i ich definicje.

Nasieniowód

Komórki macierzyste plemników, powstałe w wyniku podziałów pierwotnych komórek rozrodczychPołączony z: Nasieniowód

Najądrze

Przewód wyprowadzający plemniki z jądraPołączony z: Najądrze

Jądro

Męska gonada zawierająca męskie pierwotne komórki płciowe, z których w wyniku spermatogenezy powstają plemnikiPołączony z: Jądro

Spermatogonia

Parzysty narząd o budowie płatowatej, anatomicznie i funkcjonalnie związany z jądrem, element dróg wyprowadzających nasieniePołączony z: Spermatogonia

Spermatocyty

Niedojrzałe komórki płciowe męskie zwierząt i człowieka powstające z podziału spermatogoniówPołączony z: Spermatocyty

Ćwiczenie 6

Zaznacz poprawne odpowiedzi dotyczące komórek Sertolego.

Zaznacz prawidłowe odpowiedzi.

- Tworzą barierę krew-mózg.

- Regulują przebieg spermatogenezy poprzez wydzielanie substancji biologicznie czynnych.

- Produkują plemniki.

- Są położone w ciele gąbczastym.

- Regulują przebieg spermatogenezy przez wydzielanie enzymów.

- Tworzą barierę krew-jądro.

- Są położone w ciele jamistym.

Ćwiczenie 7

Wyjaśnij, dlaczego u męskiego płodu na dwa miesiące przed porodem jądra przemieszczają się z jamy brzusznej do worka mosznowego.

Ćwiczenie 8

Liczba produkowanych przez mężczyzn plemników w latach 70. ubiegłego wieku w USA wynosiła ok. 100 mln komórek na mililitr nasienia, podczas gdy dziś wartość ta nie przekracza 60 mln.

Indeks dolny Na podstawie: Hagai Levine, Niels Jørgensen, Anderson Martino-Andrade i in., Temporal Trends in Sperm Count: A Systematic Review and Meta-Regression Analysis, „Human Reproduction Update” 2017, nr 23(6). Indeks dolny koniecNa podstawie: Hagai Levine, Niels Jørgensen, Anderson Martino-Andrade i in., Temporal Trends in Sperm Count: A Systematic Review and Meta-Regression Analysis, „Human Reproduction Update” 2017, nr 23(6).

Jakie są prawdopodobne przyczyny, które doprowadziły do spadku zawartości plemników w nasieniu?

Dla nauczyciela

Scenariusz lekcji

Autor: Zuzanna Szewczyk

Przedmiot: biologia

Temat: Spermatogeneza i spermiogeneza

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym

Podstawa programowa:

Zakres podstawowy

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

V. Budowa i fizjologia człowieka.

10. Rozmnażanie i rozwój. Uczeń:

3) analizuje proces gametogenezy i wskazuje podobieństwa oraz różnice w przebiegu powstawania gamet męskich i żeńskich;

Zakres rozszerzony

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

XI. Funkcjonowanie zwierząt.

2. Porównanie poszczególnych czynności życiowych zwierząt, z uwzględnieniem struktur odpowiedzialnych za ich przeprowadzanie.

9) Rozmnażanie i rozwój. Uczeń:

n) analizuje proces gametogenezy u człowieka i wskazuje podobieństwa oraz różnice w przebiegu powstawania gamet męskich i żeńskich,

Kształtowane kompetencje kluczowe:

- kompetencje cyfrowe;

- kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się;

- kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii.

Cele operacyjne (językiem ucznia):

- Wyjaśnisz, na czym polega spermatogeneza i spermiogeneza.

- Przeanalizujesz przebieg kolejnych etapów tworzenia plemników.

- Omówisz budowę plemnika.

Strategie nauczania:

- konstruktywizm;

- konektywizm.

Metody i techniki nauczania:

- z użyciem komputera;

- rozmowa kierowana;

- ćwiczenia interaktywne;

- metoda plakatu i rozwiązywania problemów.

Formy pracy:

- praca indywidualna;

- praca w parach;

- praca w grupach;

- praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

- komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu;

- zasoby multimedialne zawarte w e-materiale;

- tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda;

- arkusze papieru A3.

Przebieg lekcji

Faza wstępna

1. Nauczyciel, odwołując się do wiedzy uczniów zdobytej na wcześniejszych zajęciach, zadaje pytania: „Gdzie powstają plemniki? Gdzie są magazynowane?”. Chętni wypowiadają się na forum klasy. Nauczyciel podsumowuje odpowiedzi uczniów.

2. Uczniowie zapoznają się z tematem lekcji i wprowadzeniem do e-materiału. Nauczyciel wyjaśnia, że plemniki powstają w wyniku podziałów mitotycznych i mejotycznych, i prosi uczniów, by przypomnieli, czym jest mitoza i mejoza. Nauczyciel może wyświetlić poprzednie lekcje dotyczące tych kariokinez w celu powtórzenia i utrwalenia wiadomości.

3. Nauczyciel krótko omawia przebieg lekcji i przedstawia jej cele.

Faza realizacyjna

1. Uczniowie zapoznają się z treścią e-materiału w sekcji „Przeczytaj”.

2. Nauczyciel dzieli klasę na pięć grup. Każdy zespół otrzymuje arkusz papieru A3 z ilustracją gwiazdy. Zadaniem uczniów jest umieszczenie na ramionach gwiazdy pięciu pytań dotyczących zagadnienia znajdującego się wewnątrz gwiazdy (ilustrację z poprawnymi, przykładowymi pytaniami zamieszczono w materiałach pomocniczych).

3. Każdy zespół po napisaniu pytań przekazuje gwiazdę innej grupie, zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Teraz zadaniem uczniów jest udzielenie odpowiedzi na zadane pytania na podstawie wiadomości znajdujących się w e-materiale, w tym w symulacji interaktywnej. Uczniowie swoje odpowiedzi zapisują na otrzymanym arkuszu papieru A3.

4. Po upływie wyznaczonego czasu grupy prezentują swoje gwiazdy. Nauczyciel w razie potrzeby uzupełnia informacje, wyjaśnia wątpliwości.

5. Uczniowie w tych samych grupach wykonują ćwiczenie nr 7 (dotyczące temperatury różnicowania się plemników ludzkich) oraz ćwiczenie nr 8 (dotyczące spadku zawartości plemników ludzkich w nasieniu w ostatnich latach), a po upływie wyznaczonego czasu dyskutują nad poprawnymi rozwiązaniami.

6. Jeśli wystarczy czasu, uczniowie wykonują ćwiczenia od 1 do 6.

Faza podsumowująca

1. Nauczyciel prosi wybranego ucznia, by omówił proces spermatogenezy, posiłkując się symulacją interaktywną. Pozostali uczniowie w razie potrzeby uzupełniają wiadomości.

2. Nauczyciel ocenia pracę uczniów na lekcji.

Praca domowa

Dokończ rozwiązywanie ćwiczeń od 1 do 6.

Materiały pomocnicze

Załącznik 1. Gwiazda pytań.

Plik o rozmiarze 86.95 KB w języku polskim

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania symulacji interaktywnej

Symulacja interaktywna może zostać wykorzystana w fazie wstępnej lekcji, aby wprowadzić uczniów w temat zajęć. Uczniowie mogą wykorzystać ją także w celu przygotowania się do lekcji powtórkowej lub przed lekcją, aby przygotować się do późniejszej pracy na zajęciach.

Table of Contents

Wprowadzenie

Przeczytaj

Symulacja interaktywna

Sprawdź się

Dla nauczyciela