Самая маленькая и большая клетка в организме человека

В теле одного человека более 30 триллионов клеток. Существует много разных типов клеток, каждая из которых имеет определенную функцию. От того, какая функция для клетки выступает основной, будет во многом зависеть и ее размер. Некоторые типы клеток достаточно велики, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, но большинство гораздо меньше.

Какая клетка в организме человека самая маленькая

Существует множество типов клеток, которые, как известно, относительно малы, например, эритроциты. Но фактический размер во многом зависит от того, где она находится в своем жизненном цикле. Таким образом, отвечая на вопрос, какая клетка самая маленькая у человека, стоит также ориентироваться на измерение ячеек на идентичной фазе циклов. Однако, взяв средневзвешенные показатели, можно выявить список клеток, которые по размерам или объему самые маленькие в организме взрослого человека.

Топ-10 самых маленьких клеток в организме человека

Какие клетки у людей наименьшие, покажет рейтинг:

1. Гранулярная клетка мозжечка — наименьшая у человека.
2. Сперматозоид — лидер рейтинга по объему.
3. Эритроциты — небольшие клеточки крови.
4. Клетка эпителия — размер варьируется от местоположения.
5. Лимфоциты — незаменимые и небольшие.
6. Тромбоциты — борются с вирусами и останавливают кровь.
7. Бактерии — крошечные «гости».
8. Вирусы — могут становиться частью системы.
9. Нейроны — маленькие соматические клетки.
10. Клетки гипофиза — содержат мельчайшие гормональные гранулы.

Гранулярная клетка мозжечка — лидер рейтинга

Если рассматривать с точки зрения размера, какая клетка будет самой маленькой, то лидером станут гранулярные клетки мозжечка. Они имеют длину от 4 до 4,5 микрометров. Гранулярные клетки мозжечка образуют толстый зернистый слой коры мозжечка и являются одними из самых маленьких нейронов в мозге. Этот термин используется для нескольких несвязанных типов мелких нейронов в различных частях мозга.

Гранулярные клетки мозжечка также являются наиболее многочисленными нейронами в мозге: у людей их общее количество в среднем составляет около 50 миллиардов, что означает что они составляют около 3/4 всех нейронов мозга.
Они получают все свои входные данные из мшистых волокон, при этом их соотношение находится в пропорции 200:1. Таким образом, информация в состоянии активности популяции гранулярных клеток такая же, как информация в мшистых волокнах, но перекодирована гораздо более массовым образом.

Поскольку структуры настолько малы и настолько плотно «упакованы» в своем хранилище, было очень трудно зафиксировать их пиковую активность, поэтому данных для формирования сколько-нибудь определенной теории относительно их функций немного. Наиболее популярная концепция их назначения была предложена Дэвидом Марром, который предположил, что они могут кодировать комбинации мшистых волокон. Идея состоит в том, что гранулярная клетка, находящаяся во взаимодействии с 4-5 мшистыми волокнами, не будет отвечать, если активен только один из ее входов, но будет реагировать, если активны более одного. Эта схема «комбинаторного кодирования» потенциально позволила бы мозжечку проводить более тонкие различия между входными паттернами, чем при использовании одних лишь мшистых волокон.

Сперматозоид — на первом месте по объему

Самая маленькая клетка в организме человека встречается только у половины населения. Это сперматозоид, который есть лишь у мужчин. По мнению многих ученых, он получает такой статус, если рассматривать его с точки зрения объема. Головка сперматозоидов имеет длину 5,1 мкм и ширину 3,1 мкм, а хвост — 50 мкм. По иронии судьбы, сперматозоид — самая маленькая, а яйцеклетка — самая большая клетка человеческого тела.

Среднестатистический мужчина производит:

• около 1500 сперматозоидов каждую секунду;
• за всю жизнь около 500 миллиардов.

Также требуется около двух с половиной месяцев для роста и созревания сперматозоидов в яичках. Известно, что сперматозоиды выживают всего несколько минут вне тела мужчины, но могут жить до 5 дней в теле женщины. При правильном хранении и замораживании сперматозоиды могут жить несколько лет.

Эритроциты — распространенные и небольшие

Также на звание одних из самых маленьких клеток организма человека претендуют эритроциты размером около 5 микрометров. Эритроциты в крови человека выступают самыми распространенными компонентами и главными по доставке кислорода к телу тканей через кровеносную систему.

У человека зрелые эритроциты представляют собой гибкие и овальные двояковогнутые диски. Ежесекундно в теле взрослого человека производится около 2,4 миллиона новых эритроцитов. Они образуются в костном мозге и находятся в теле порядка 100-120 дней, прежде чем их компоненты перерабатываются макрофагами. Интересно, что эритроциты составляют приблизительно одну четвертую часть всех клеток в организме человека, а также занимают почти половину объема крови: от 40% до 45%.

Клетка эпителия — важно, какая функция

Эпителий является одним из четырех основных типов животных тканей, наряду с соединительной, мышечной и нервной. Эпителиальные ткани выравнивают внешние поверхности органов и кровеносных сосудов по всему телу, а также внутренние поверхности полостей во многих органах.

Примером является эпидермис — самый внешний слой кожи. Размеры эпителиальных клеток могут варьироваться в пределах 1-5 мкм, в зависимости от того, какая функция им свойственна.

Лимфоциты — какой размер, зависит от активности

Одними из самых маленьких клеток в организме человека являются лимфоциты. Их размер составляет около 7,5-8 микрометров. Лимфоциты, особенно неактивированные Т- или В-клетки (наивные или запоминающие), представляют собой очень маленькие структуры, примерно такого же размера, каким предстает перед нами эритроцит (7 мкм), хотя и более круглые. Неактивированные лимфоциты имеют очень плотно упакованное ядро с минимальной цитоплазмой, что делает их одной из самых маленьких клеток в организме человека.

Во многих работах лимфоциты часто изображаются как милые маленькие сферические формы с темным, также сферическим ядром и минимальным количеством цитоплазмы. Однако, когда они активируются, они начнут делиться и дифференцироваться в эффекторные клетки, которые намного больше по размеру.

Тромбоциты — важный компонент крови

Тромбоциты выступают важнейшими составляющими крови. Их основной функцией являются регулирование свертываемости крови и реакция на возникновение кровотечения из-за повреждения кровеносных сосудов путем загустевания. Тромбоциты не имеют клеточного ядра: они являются фрагментами цитоплазмы. То есть, в свою очередь, являются производными от мегакариоцитов тканей мозга, которые на следующей стадии поступают в обращение.

Циркулирующие неактивированные тромбоциты — это двояковыпуклые линзовидные структуры дискоидного типа и небольшого размера: примерно 2-3 мкм в диаметре. Активированные тромбоциты имеют выступы клеточной мембраны, покрывающие их поверхность. Тромбоциты обнаруживаются только у млекопитающих, тогда как у других животных, например, птиц и амфибий, тромбоциты циркулируют, как интактные мононуклеарные клетки.

Тромбоциты играют центральную роль во врожденном иммунитете, участвуя в борьбе со множеством воспалительных процессов, непосредственно связывая патогены и даже уничтожая их. Это подтверждает клинические данные, которые показывают, что многие люди с серьезными бактериальными или вирусными инфекциями имеют тромбоцитопению.

Бактериальные клетки — полезные гости

Микрофлора человека представляет собой совокупность микроорганизмов, которые находятся на поверхности или в составе какой-либо из тканей, в том числе:

• кожи;
• молочных желез;
• плаценты;
• семенной жидкости;
• матки;
• легких;
• слюны;
• желудочно-кишечного тракта.

Один из самых распространенных микроорганизмов — бактерии: только в кишечнике их насчитывается порядка 2 кг и от 500 до 1000 видов, поэтому их можно смело причислить к организмам, играющим непосредственную роль в жизнедеятельности человека. Бактериальные клетки составляют примерно одну десятую размера эукариотов и обычно имеют длину 0,5-5 микрометров.

Вирусы — включаются в общую систему

Строго говоря, вирусы нельзя назвать клетками и нельзя причислить к непосредственным составляющим организма. Однако, как и бактерии, они играют важную роль в жизни человека и здоровье организма, а также могут включаться в систему настолько глубоко, что приводят к смерти или наносят непоправимый вред здоровью.

Вирусы демонстрируют большое разнообразие морфологий, форм и размеров. Говоря в общем, вирусы намного меньше по размеру, чем бактерии. Большинство исследованных вирусов имеет диаметр от 20 до 300 нанометров. Некоторые филовирусы имеют общую длину до 1400 нм, а их диаметры составляют всего около 80 нм.

Нейроны — важнейший компонент нервной системы

Все многоклеточные организмы, кроме губок и трихоплакса, имеют нейроны, являющиеся главным составным веществом тканей нервов. Генерирование нейронов по большей части останавливается при наступлении зрелого возраста в подавляющей части областей мозга. Однако последние исследования подтверждают образование значительного количества вновь образованных нейронов в гиппокампе. Размер тела нейрона может различаться в зависимости от того, какая функция превалирует: от 5 мкм — у малых зернистых, до 120-150 мкм — у больших пирамидных.

Объем нейронов в мозговых тканях серьезно отличается у разных видов живых существ. У человека, по разным оценкам, порядка 10-20 миллиардов нейронов в структурах тканей коры мозга и 55-70 миллиардов в области мозжечка. А вот у червя под названием Caenorhabditis elegans насчитывается лишь 302 нейрона, что делает его идеальным образцом организма, поскольку ученые смогли картировать и изучить все его нейроны.

Какая клетка в организме человека самая большая

Когда мы знаем, какая клетка наименьшая, встает вопрос о том, какая же из них самая большая. Самый маленький объект, который человек может увидеть невооруженным глазом, составляет около 0,1 мм, поэтому, например, сперматозоиды без микроскопа заметить не удастся. А вот яйцеклетка примерно в 30 раз больше — достаточно большая, чтобы ее можно было увидеть без микроскопа.

Она имеет сферическую форму и диаметр около 0,1 миллиметра. В отличие от других в теле, их действительно можно увидеть даже без микроскопа. Какая яйцеклетка по размеру и на что похожа? Все просто: они размером с песчинку. Каждая яйцеклетка имеет центральное ядро, которое содержит генетический материал женщины. Центральное ядро окружено клеточной плазмой, которая содержит питательные элементы, необходимые для развития яйцеклетки.

Яйцеклетки образуются в яичниках и присутствуют с самого рождения девочки в виде «незрелых яиц». По достижении половой зрелости организм женщины выпускает готовые к нормальному функционированию клетки каждый месяц во время овуляции для возможного оплодотворения.

Видео

У кого самые большие сперматозоиды на планете

• Элла Дэвис
• BBC Earth

9 июня 2017

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, iStock

Сперматозоиды и яйцеклетки разных животных могут быть невероятно маленькими — во много раз меньше, чем человеческие, а могут быть и поистине громадными, выяснила корреспондент BBC Earth. От чего же это зависит и кто чемпион?

Сперматозоид — самая маленькая клетка в человеческом теле, и в то же время одна из самых сложных. Яйцеклетка, напротив, — самая большая, но не менее сложная.

Если же мы бросим взгляд на то, какими бывают половые клетки (или гаметы) у представителей животного мира, мы обнаружим, что их разнообразие просто поразительно.

У большинства биологических видов — две гаметы, мы определяем их как мужскую и женскую.

«Гаметы выполняют две фундаментальные функции: а) обеспечить зиготу (оплодотворенную яйцеклетку, развивающуюся в особь — Прим. переводчика) достаточным запасом питательных веществ и защитными оболочками и б) найти половые клетки того же биологического вида и оплодотворить их», — объясняет Мэттью Гейдж из британского Университета Восточной Англии.

«Выполнять одинаково хорошо и то, и другое — это сложнейшая задача, потому что каждая из функций имеет свои, специфические особенности и требования, влияющие как на размер, так и на количество клеток».

«С одной стороны, для половых клеток, отвечающих за выживание потомства, важен большой размер с достаточным питательным потенциалом — так появились и развивались яйцеклетки, производимые женскими особями», — продолжает он.

«С другой стороны, нужны гаметы, оптимально выполняющие задачу проникновения в яйцеклетку и оплодотворения ее, поэтому эволюция позаботилась о том, чтобы сперматозоидов, производимых мужскими особями, было достаточное количество».

Почему сперматозоиды бывают такими разными — и по размеру, и по форме? Для исследователей тут — работы непочатый край.

Логически можно предположить, что чем меньше живой организм, тем меньше его сперматозоиды. Однако так бывает далеко не всегда. Более того, самый длинный из известных науке сперматозоидов — у крошечной мушки.

Автор фото, Visuals Unlimited/naturepl.com

Подпись к фото,

Сперматозоид морской звезды на яйцеклетке

Муха дрозофила (Drosophila bifurca) вырабатывает сперматозоид в виде клубка. Когда ученым удалось размотать этот клубок на всю его длину и измерить, оказалось, что сперматозоид маленькой мушки достигает почти 6 см. Это в 20 раз длинней, чем тело мужской особи этой самой дрозофилы.

В исследовании 2016 года поистине гигантский по меркам дрозофилы сперматозоид сравнивался с хвостом павлина. То есть он, как предполагалось, эволюционно развился до такой длины в связи с тем, что женские особи предпочитали именно такие, длинные.

Однако больше — не всегда означает лучше. На другом конце масштабной шкалы — самый короткий из известных науке сперматозоидов — осы-паразитоида, Cotesia congregata. В нем меньше 7 микрометров (0,0007 см).

Как говорит Ронда Снук из Шеффилдского университета (Великобритания), есть несколько возможных объяснений таким большим различиям в размерах сперматозоидов.

Автор фото, Sinclair Stammers/naturepl.com

Подпись к фото,

Размеры яйцеклеток тоже очень сильно различаются

Исследование Снук показали, что естественный отбор оставил только сперматозоиды, наиболее оптимальной для размножения формы и размера.

Может показаться странным, что победили как коротенькие, так и длинные, однако все это определяется обстоятельствами развития того или иного биологического вида — а точнее, конкуренцией и критериями выбора.

Когда женские особи спариваются с множеством мужских, сперматозоиды вступают в конкуренцию друг с другом, и только наиболее здоровый из них выиграет это жесткое соревнование и оплодотворит яйцеклетку.

Такие условия породили массу вариаций — в том числе и тот длиннющий сперматозоид дрозофилы.

• Существуют ли гомосексуальные животные?
• Получают ли животные удовольствие от секса?
• Новый мужской контрацептив успешно прошел проверку на обезьянах
• Как странная овца-мутант озадачила ученых

Как пример сверхконкурентоспособности можно привести сперму мокрицы, которая образует цепочки маленьких капсул, помогающих друг другу, и семенную жидкость некоторых мух и жуков, которая отравляет сперму конкурентов.

Одна из распространенных тактик, применяемых мужскими особями, — установка так называемой копуляционной пробки, перекрывающей сперматозоидам других мужских особей доступ к яйцеклеткам. Копуляционная пробка используется пауками, шмелями, белками и даже некоторыми приматами.

Но по большому счету для мужской особи все сводится к достижению преимущества либо за счет производства большого количества спермы, либо малого ее количества, но более сильной.

Выбор зависит от нескольких факторов — например, от того, путь какой длины должен проделывать сперматозоид или как много энергии остается у мужской особи после всех брачных ритуалов, предшествующих спариванию.

Скажем, в исследовании 2015 года выдвигается предположение, что более крупные млекопитающие вырабатывают более мелкие сперматозоиды, поскольку репродуктивный тракт их самок большего размера. И это звучит логично — ведь чем больше поле, тем больше нужно игроков.

Кроме всего прочего, есть еще и «загадка женского выбора»: у некоторых биологических видов женская особь может выбирать, чьи сперматозоиды оплодотворят ее яйцеклетки.

Автор фото, John Downer/naturepl. com

Подпись к фото,

Вылупившийся птенец страуса (Struthio camelus)

«Мы многого не знаем про этот процесс: то ли такое разнообразие в формах и размерах сперматозоидов стало результатом этого самого «загадочного женского выбора», то ли все сводится к конкуренции, — размышляет Снук. — Но как и в большинстве вопросов, встающих перед наукой, скорее всего это сочетание нескольких факторов».

С женскими яйцеклетками всё не менее сложно.

Самое большое яйцо среди живых существ откладывает страус. Оно в 20 раз тяжелее куриного яйца — высота его достигает 15 см, ширина 13 см.

Самые маленькие яйца среди птиц — меньше 7 мм — откладывает колибри-пчелка, самая маленькая из колибри.

Тим Беркхед из британского Университета Шеффилда — автор книги The Most Perfect Thing: The inside (and outside) of a bird’s egg («Самая совершенная вещь на свете: внутри и снаружи птичьего яйца»). По его словам, в мире птиц размер яйца как правило пропорционален размеру тела, хотя есть и исключения.

• Вся правда о курах: они вовсе не глупые
• Вся правда о кроликах: плодятся ли они как кролики?
• Откуда мы знаем, что чувствуют животные?

«Ворон (Corvus corax) и полярная птица кайра (Uria aalge) схожи по размеру тела и весят примерно 1 кг, — отмечает он. — И тем не менее вес яйца ворона составляет лишь 3% от веса самки, в то время как вес яйца кайры составляет около 12% веса самки».

Беркхед утверждает, что ключевой фактор в определении, какого размера будут яйца того или иного биологического вида, — это скорость развития зародыша.

Особи тех видов, птенцы которых развиваются быстро, откладывают крупные яйца, говорит он.

Тут надо отметить, что мы немного непоследовательны в том, как используем слово «яйцо».

Автор фото, iStock

Подпись к фото,

Человеческая яйцеклетка, или ооцит, и сперматозоиды

Сравним женскую яйцеклетку человека, диаметр которой 0,12 мм, с куриным яйцом длиной 55 мм. Дело всё в том, что куриное яйцо — это не только яйцеклетка, у него множество других функций.

В то время как женщины вынашивают свое потомство в животе, несущие яйца особи (например, куры) должны обеспечить своих детей достаточным количеством всего необходимого, чтобы развиваться вне тела матери.

Для этого последние создают специальную структуру, которую мы привычно называем яйцом и которая дает зародышу пищу, воду и защиту (скорлупа) от внешних воздействий.

И это не какой-то странный каприз природы — большая часть живых существ (птицы, насекомые, рыбы) делает именно так.

Как отмечает Беркхед, здесь тоже не обходится без эволюционных компромиссов и вариаций: для каких-то видов лучшим вариантом стали крупные яйца, для других — маленькие, но много.

Автор фото, iStock

Подпись к фото,

Сперматозоиды бывают крупнее, чем вы думали. Но это не всегда преимущество

По крайней мере, ясно одно: если вы хотите увидеть самые маленькие яйца на свете, вам понадобится микроскоп.

Согласно обзору исследований, сделанному в 1994 году энтомологами Университета Флориды (США), самые маленькие яйца откладывают крошечные паразиты.

• Лучшие тяжелоатлеты животного мира и их рекорды
• И люди, и звери иногда пускаются в пляс — но по разным причинам
• Кто умнее: младенец или шимпанзе?

Неудивительно, что данные о таких микроскопических яйцах крайне трудно найти. В том же обзоре 1994 года упоминается малюсенькая мушка-паразитоид Clemelis pullata, у которой самые маленькие яйца из известных науке: 0,027 на 0,02 мм.

Впрочем, пока никто еще не исследовал половые клетки мимаридов, миниатюрных ос-паразитоидов (паразитических наездников). Эти насекомые — одни из самых маленьких на планете, от 0,5 до 1 мм длиной. Несложно догадаться, что яйца, которые они откладывают, очень и очень маленькие.

Прочитать эту статью на английском языке можно на сайте BBC Earth.

Назовите самую маленькую и самую большую клетку в организме человека

Автор Balaji

Обновлено: 17 февраля 2023 г. ) соответственно. Размер сперматозоида составляет около 4 микрометров. Женская яйцеклетка в 20 раз больше сперматозоидов и имеет диаметр примерно 0,1 миллиметра.

Нервная клетка является самой протяженной клеткой в ​​организме. Женские яйцеклетки также известны как репродуктивные клетки в женском организме. Клетки бывают разных форм и размеров из-за различных функций, выполняемых различными клетками.

• 1.
  Самая маленькая и самая большая клетка человеческого тела

• 2.
  Назовите самую маленькую и самую большую клетку человеческого тела.

Самая маленькая и самая большая клетка человеческого тела

Клетки бывают разных размеров и форм. Разные задачи выполняются разными клетками, что приводит к разным формам и размерам. Сперматозоиды являются наименьшими клетками в организме человека, за ними следуют Mycoplasma , которые также являются маленькими ( PPLO-Pleuro pneumonia-подобные организмы ). Его размер составляет около 10 микрометров.

Женские яйцеклетки являются самыми крупными клетками . Нервная клетка является самым длинным типом клеток. Женская яйцеклетка — самая крупная клетка в организме человека. Мужские гаметы, или сперматозоиды, являются самыми маленькими клетками в организме человека.

• Слово ova, что в переводе с латыни означает «яйцо», является другим названием яйцеклетки у животных.
• Яйцеклетка — единственный способ обозначить яйцеклетку в организме человека.
• Яйцеклетка молодого млекопитающего называется яйцеклеткой.
• Репродуктивные железы самок позвоночных, которые производят яйца, называются женскими гонадами , иногда называемыми яичниками.
• Яйцеклетки млекопитающих развиваются на протяжении процесса оогенеза и присутствуют при рождении.

Типы мышечных клеток

первичных клеток, влияющих на движения тела, — это мышцы. Наше тело имеет три различных типа мышечных клеток, в том числе:

• Произвольные мышцы или скелетные мышцы
• Непроизвольная мышца или гладкая мышца
• Сердечная мышца

История клеток

Клетка была найдена Робертом Гуком в 1665 году . Под составным микроскопом Роберт Гук исследовал кусок пробки от бутылки и обнаружил мельчайшие структуры, напоминающие крошечные комнаты. В результате он дал этим «комнатам» прозвище «клетки». Однако ограниченное увеличение его составного микроскопа не позволило ему увидеть какие-либо более тонкие детали структуры. Это ограничение привело Гука к выводу, что это неживые существа.

• Позже, используя другой составной микроскоп с большим увеличением, Антон Ван Левенгук исследовал клетки. На этот раз он заметил, что клетки каким-то образом двигались (подвижность).
• Левенгук пришел к выводу, что эти крохотные объекты в результате были «живыми». В конце концов, после ряда других открытий, этим объектам был присвоен термин «анимакулы».
• Роберт Браун , шотландский ботаник, сделал первые открытия о составе клеток в 1883 году. Он смог объяснить ядро, обнаруженное в клетках орхидей.

Краткое изложение:

Назовите самую маленькую и самую большую клетку человеческого тела

Мужские гаметы или сперматозоиды являются самыми маленькими клетками, а яйцеклетка или женская яйцеклетка является самой большой клеткой в ​​организме человека. Принимая во внимание, что самой маленькой клеткой являются мужские гаметы, сперматозоиды. Нервная клетка является самой длинной клеткой в ​​организме. Его диаметр составляет около 0,1 мм. У животных фолликулярные клетки производят яйцеклетки в женских яичниках.

Связанные вопросы:

• Кто был первым главным министром Бихара?
• Кто дал Лозунг «Назад к Ведам»?
• Лидер Нармада Бачао Андолон?
• Кто предложил естественную систему классификации растений?
• Кто придумал термин Валовой национальный индекс счастья?
• Для чего была создана Государственная комиссия по реорганизации?

Сперматозоиды.

Молекулярная биология клетки

У большинства видов существует только два типа гамет, и они радикально отличаются друг от друга. Яйцеклетка является одной из самых крупных клеток организма, а сперматозоид ( сперматозоиды , множественное число сперматозоиды ) часто самые маленькие. Яйцеклетка и сперматозоид оптимизируются противоположным образом для распространения генов, которые они несут. Яйцо неподвижно и способствует выживанию материнских генов, обеспечивая большие запасы сырья для роста и развития, а также эффективную защитную оболочку. Сперма, напротив, оптимизирована для распространения отцовских генов за счет использования этого материнского вклада: она обычно очень подвижна и оптимизирована для скорости и эффективности в задаче оплодотворения. Конкуренция между сперматозоидами является жесткой, и подавляющее большинство из них не справляются со своей миссией: из миллиардов сперматозоидов, высвобождаемых в течение репродуктивной жизни мужчины, лишь немногим удается оплодотворить яйцеклетку.

Сперматозоиды в высокой степени приспособлены для доставки своей ДНК в яйцеклетку

Типичные сперматозоиды представляют собой «урезанные» клетки, оснащенные сильным жгутиком для продвижения через водную среду, но не обремененные цитоплазматическими органеллами, такими как рибосомы, эндоплазматический ретикулум или аппарат Гольджи, которые не нужны для доставки ДНК в яйцеклетку. Сперматозоиды, однако, содержат много митохондрий, стратегически расположенных там, где они могут наиболее эффективно питать жгутик. Сперматозоиды обычно состоят из двух морфологически и функционально различных областей, окруженных одной плазматической мембраной: хвост, , который продвигает сперматозоид к яйцеклетке и помогает ему проникнуть сквозь яйцеклетку, и головка , , которая содержит конденсированное гаплоидное ядро ​​(). ДНК в ядре чрезвычайно плотно упакована, так что ее объем сведен к минимуму для транспорта, а транскрипция остановлена. Хромосомы многих сперматозоидов обходятся без гистонов соматических клеток и вместо этого упакованы простыми, сильно положительно заряженными белками, называемыми протаминами .

Рисунок 20-25

Сперматозоид человека. Он показан в продольном разрезе.

В головке сперматозоидов большинства животных, близко примыкающей к переднему концу ядерной оболочки, находится специализированный секреторный пузырек, называемый акросомальным пузырем (см. ). Эта везикула содержит гидролитические ферменты, которые могут помочь сперматозоидам проникнуть через внешнюю оболочку яйцеклетки. Когда сперматозоид контактирует с яйцеклеткой, содержимое везикулы высвобождается путем экзоцитоза в так называемой акросомной реакции ; в некоторых сперматозоидах, эта реакция также обнажает или высвобождает специфические белки, которые помогают прочно связать сперматозоид с оболочкой яйцеклетки.

Подвижный хвост сперматозоида представляет собой длинный жгутик, центральная аксонема которого отходит от базального тела, расположенного позади ядра. Как описано в главе 16, аксонема состоит из двух центральных синглетных микротрубочек, окруженных девятью равномерно расположенными дублетами микротрубочек. Жгутики некоторых сперматозоидов (в том числе млекопитающих) отличаются от других жгутиков тем, что обычная структура аксонемы 9 + 2 дополнительно окружена девятью внешними плотными волокнами (10). Эти плотные волокна жесткие и несократительные, и неизвестно, какую роль они играют в активном изгибании жгутика, вызываемом скольжением соседних дублетов микротрубочек относительно друг друга. Движение жгутика управляется моторными белками динеином, которые используют энергию гидролиза АТФ для скольжения по микротрубочкам, как обсуждалось в главе 16. АТФ вырабатывается высокоспециализированными митохондриями в передней части хвоста спермия (называемой 9-й частью).средняя часть 0121), , где требуется АТФ (см. и ).

Рисунок 20-26

Рисунок средней части сперматозоида млекопитающего в поперечном сечении под электронным микроскопом. Ядро жгутика состоит из аксонемы, окруженной девятью плотными волокнами. Аксонема состоит из двух синглетных микротрубочек, окруженных девятью микротрубочками. какие сперматозоиды образуются (сперматогенез). У самок человека, например, оогонии размножаются только в плоде, вступают в мейоз до рождения и задерживаются в виде ооцитов в первой мейотической профазе, в этом состоянии они могут оставаться до 50 лет. Отдельные ооциты созревают из этого строго ограниченного запаса и овулируют с интервалами, обычно по одному, начиная с полового созревания. У мужчин, напротив, мейоз и сперматогенез не начинаются в семенниках до полового созревания, а затем продолжаются непрерывно в эпителиальной выстилке очень длинных, туго закрученных трубочек, называемых 9.0121 семенные канальцы. Незрелые зародышевые клетки, называемые сперматогония (единственное число, сперматогоний), расположены вокруг внешнего края этих трубочек рядом с базальной пластинкой, где они непрерывно размножаются путем митоза. Некоторые из дочерних клеток перестают пролиферировать и дифференцируются в первичных сперматоцитов. Эти клетки вступают в первую профазу мейоза, в которой их парные гомологичные хромосомы участвуют в кроссинговере, а затем приступают к делению I мейоза с образованием двух вторичных сперматоцитов, сперматоцитов, каждый из которых содержит 22 дуплицированные аутосомные хромосомы и либо дупликацию X, либо дупликацию Y-хромосомы. Два вторичных сперматоцита, полученные из каждого первичного сперматоцита, проходят через мейотическое деление II, чтобы произвести четыре сперматид, по каждая с гаплоидным числом одиночных хромосом. Эти гаплоидные сперматиды затем подвергаются морфологической дифференциации в сперматозоиды (1), которые выходят в просвет семенных канальцев (2). Затем сперматозоиды проходят в epididymis, спиральная трубка, покрывающая яичко, где они подвергаются дальнейшему созреванию и хранятся.

Рисунок 20-27

Стадии сперматогенеза. Сперматогонии развиваются из первичных зародышевых клеток, которые мигрируют в семенники в начале эмбриогенеза. Когда животное становится половозрелым, сперматогонии начинают быстро размножаться, производя некоторое потомство, которое (далее…)

Рисунок 20-28

Сильно упрощенный рисунок поперечного сечения семенных канальцев в семенниках млекопитающих. (A) Все показанные стадии сперматогенеза происходят, когда развивающиеся гаметы находятся в тесной связи с клетками Сертоли. Эти большие клетки расширяются (далее…)

Интересной особенностью сперматогенеза является то, что развивающиеся мужские зародышевые клетки не могут завершить цитоплазматическое деление (цитокинез) во время митоза и мейоза. Следовательно, большие клоны дифференцирующихся дочерних клеток, произошедших от одного созревающего сперматогония, остаются связанными цитоплазматическими мостиками, образуя синцитий (). Цитоплазматические мостики сохраняются до самого конца дифференцировки сперматозоидов, когда отдельные сперматозоиды выходят в просвет канальца. Это объясняет наблюдение, что зрелые сперматозоиды возникают синхронно в любой данной области семенных канальцев. Но какова функция синцитиального расположения?

Рисунок 20-29

Цитоплазматические мостики в развивающихся сперматозоидах и их предшественниках. Потомство одного созревающего сперматогония остается связанным друг с другом цитоплазматическими мостиками на протяжении всей их дифференцировки в зрелые сперматозоиды. Для простоты (подробнее…)

В отличие от ооцитов, сперматозоиды претерпевают большую часть своей дифференциации после того, как их ядра завершили мейоз и стали гаплоидными. Однако наличие цитоплазматических мостиков между ними означает, что каждый развивающийся гаплоидный сперматозоид имеет общую цитоплазму со своими соседями. Таким образом, он может быть снабжен всеми продуктами полного диплоидного генома. Например, развивающиеся сперматозоиды, несущие Y-хромосому, могут быть снабжены необходимыми белками, кодируемыми генами на X-хромосоме. Таким образом, диплоидный геном направляет дифференцировку сперматозоидов точно так же, как он направляет дифференцировку яйцеклеток.

Некоторые гены, регулирующие сперматогенез, сохранились в ходе эволюции от мух до человека. Например, ген DAZ , кодирующий РНК-связывающий белок и расположенный на Y-хромосоме, удален у многих бесплодных мужчин, многие из которых не могут производить сперму. Два гена дрозофилы , которые гомологичны DAZ , необходимы для сперматогенеза у мух.