Hinweise:
Lesen Sie diesen Artikel, um Informationen über die Struktur, Funktionen und Arten von reifen Spermien zu erhalten!
Die Spermien der verschiedenen Tiergruppen weisen eine große Formenvielfalt auf. Die Spermien der Chordaten weisen jedoch eine bemerkenswerte Einheitlichkeit im Aufbau auf.
Das Spermium, das die Funktion des Transports des genetischen Materials vom Männchen zur Eizelle erfüllt, besteht aus zwei Hauptteilen = Kopf und Schwanz.
Der Schwanz besteht aus vier Komponenten – Hals, Mittelstück, Hauptstück und Endstück (Phillips, 1975).
Image Courtesy : images.thevine.com.au/sperm-can-be-superfood_070613081831.jpg
Beide Teile des Spermiums, d.h. Kopf und Schwanz, sind wie in lebenden Zellen in einer durchgehenden Plasmamembran enthalten. Die ganze Zelle des Spermiums ist stromlinienförmig und auf eine spezielle und zeitlich begrenzte Aktion ausgerichtet, nämlich auf das Schwimmen und die Begegnung mit der Eizelle, auf die Verschmelzung mit der Eihülle und auf die Einführung des Spermienkerns und der Centriole in das Innere der Eizelle.
Struktur des Spermienkopfes:
Der Spermienkopf besteht hauptsächlich aus dem Kern und dem Akrosom. Seine Form, Größe und Struktur variiert stark bei den verschiedenen Wirbeltiergruppen (Abb. 7). Der Spermienkopf erfüllt zwei Funktionen – eine genetische und eine aktivierende.
Die genetische Funktion wird durch den Spermienkern verkörpert, der fast vollständig aus DNA und Kernproteinen besteht und somit für die Weitergabe der Erbmerkmale des Männchens verantwortlich ist. Der Kern des Spermiums nimmt den größten Teil des Kopfes ein, und seine Form bestimmt letztlich die Form des Kopfes des Spermiums. Am vorderen Ende des Spermienkerns befindet sich eine kappenartige Struktur, die Akrosom genannt wird.
Form und Größe des Akrosoms variieren bei den verschiedenen Arten. Das Akrosom ist von einer akrosomalen Membran umgeben und enthält bestimmte akrosomale Polysaccharide wie Galaktose, Mannose, Fruktose und Hexosmin (Kopency, 1976). Eine große Anzahl von Enzymen, insbesondere Hydrolasen, sind ebenfalls im Akrosom vorhanden. Es enthält auch zwei wichtige Enzyme wie Hyaluronidase und Zona Iysin oder Acrosin, die beim Eintritt der Spermien in die Eizelle wirken (Nelson, 1985).
In den Spermien einiger Tiere, wie z.B. Geflügel, befindet sich zwischen Akrosom und Zellkern eine kegelförmige Struktur, die als Axialkörper oder Akrosomkegel bezeichnet wird (Abb. 8 A). Der Akrosomkegel entwickelt sich zum Zeitpunkt der Befruchtung zu einem akrosomalen Filament. Zwischen Zellkern und Plasmamembran des Spermienkopfes befindet sich nur sehr wenig Zytoplasma. Das Zytoplasma zwischen der Membran des akrosomalen Vesikels und der Plasmamembran des Spermas wird als periacrosomales Zytoplasma bezeichnet.
Struktur des Schwanzes des Spermatozoons:
Der motorische Apparat des Spermatozoenschwanzes ist der Axonem- oder Axialfilamentkomplex, der aus dem üblichen zentralen Paar oder der axialen Fibrille (oder Mikrotubuli) besteht, die von einer inneren Reihe von neun gleichmäßig verteilten Doppelmikrotubuli umgeben ist, von denen jedes zwei Reihen von Armen hat, die in Richtung des benachbarten Doppeltubulus vorstehen, eine Reihe von radialen Speichen, die nach innen in Richtung des zentralen Paares von Mikrotubuli ausstrahlen, mit einem äußeren Ring von neun groben Längsfasern (Guraya, 1987).
Aktuell sind alle strukturellen Komponenten des Flagellums, die das Verbindungsstück, das 9 + 2 Axonem, die faserige Hülle und die äußeren dichten Fasern umfassen, strukturell zu einer funktionellen Einheit verzahnt.
Eine zentrale Hülle, die aus Vorsprüngen besteht, wurde beschrieben, die die beiden zentralen Tubuli umgibt. Sie ist durch neun Speichen, radiale Glieder, mit den neun Doubletten verbunden, die wiederum durch Interdoublettenglieder miteinander verbunden sind. (Abb. 8 d).
Aus morphologischer Sicht besteht der Schwanz aus den folgenden Unterabteilungen:
1. Hals:
Der Hals ist ein kurzes, leicht verengtes Segment, das aus Fortsätzen besteht, die zwischen der Basis des Kopfes und dem ersten Kreisel der Mitochondrienspirale des Mittelstücks liegen. Der Hals unterscheidet sich deutlich vom Kopf und auch vom übrigen Teil des Schwanzes (d. h. Mittelstück, Hauptstück und Endstück) durch bestimmte morphologische Merkmale des Plasmalemmas, eine scharfe Abgrenzung seiner oberen Grenze durch den hinteren Ring und das Fehlen einer Kontinuität zwischen den segmentierten Säulen und den äußeren Dener-Fasern des Schwanzes (Abb. 8 A). Die beiden rechtwinklig zueinander liegenden Centriolen sind die proximale und die distale Centriole.
Die distale Centriole bildet und befestigt das axiale Filament des Spermienschwanzes; die proximale Centriole hat keine aktive Funktion im Spermatozoon, ist aber ein potentieller Aktivist innerhalb einer Eizelle während der ersten Spaltteilung der befruchteten Eizelle.
Hinweise:
Zwei oder drei Mitochondrien sind ebenfalls im Hals vorhanden. Diese stehen in der Regel in enger Beziehung zu den beiden Enden der proximalen Centriole, indem sie sich um die Seitenfläche der Centriole wickeln. Diese Mitochondrien sind mit den obersten Mitochondrien der Helix des Mittelstücks verbunden.
2. Mittelstück:
Anatomisch gesehen charakterisieren die mitochondriale Hülle und der äußere Ring aus groben Fasern das Mittelstück des Säugetierspermas. Es ist der Teil der Geißel, der zwischen Hals und Ring liegt und den wichtigsten Ort für verschiedene Stoffwechselaktivitäten des Spermiums bildet.
Das Axonem des Säugetierspermiums ist von neun äußeren dichten Fasern umgeben, die auch als grobe oder akzessorische Fasern bezeichnet werden. Diese verlaufen über den größten Teil seiner Länge und bilden somit ein 9+9+2 Querschnittsmuster (Abb. 2.8 d).
Die Mitochondrien des Mittelstücks sind Ende an Ende angeordnet und bilden eine Helix um die Längsfaserelemente des Schwanzes. Die End-zu-End-Verbindungen der Mitochondrien sind im Allgemeinen zufällig entlang des Verlaufs der Helix zu sehen.
HINWEISE:
Die Mitochondrienhülle ist vermutlich die Energiequelle (ATP) für die Spermienmotilität. Diese Energie ist jedoch begrenzt und kann, wenn sie einmal verbraucht ist, nicht erneuert werden, außer bei Säugetieren und bei jenen Tieren, bei denen die Spermien im mütterlichen Körper am Leben bleiben, weil dort Energiequellen für die Spermien zur Verfügung stehen.
Am Übergang zwischen Mittelstück und Hauptstück befindet sich der Ring, der auch als Ring Centriole oder Jensen-Ring bezeichnet wird. Der Annulus besteht aus dicht gepackten fadenförmigen Untereinheiten mit einem Durchmesser von 3 bis 4 nm. Er entwickelt sich in enger Verbindung mit der Plasmamembran und bleibt fest an ihr haften. Die funktionelle Bedeutung des Ringes ist noch unklar, aber nach Ansicht einiger Wissenschaftler könnte die Funktion des Ringes darin bestehen, die Verdrängung der Mitochondrien zu verhindern.
3. Hauptstück:
Das Hauptstück der Säugetierspermatozoen ist von einer faserigen Hülle umgeben, die bei verschiedenen Säugetierarten eine ähnliche Grundorganisation aufweist. Die faserige Hülle besteht aus einer Reihe von in Umfangsrichtung ausgerichteten Rippen, die sich auf halber Strecke um das Schwanzende in zwei Längssäulen erstrecken, die auf der gesamten Länge der Hülle auf gegenüberliegenden Seiten verlaufen. Die Hülle ist nicht mit der Plasmamembran verbunden.
Die Längssäulen erstrecken sich im Hauptteil über die gesamte Länge der faserigen Hülle an ihrer dorsalen und ventralen Oberfläche. Sie bestehen aus 15 bis 20 nm dicken longitudinalen Untereinheiten, die während der Spermienbewegung am Axonem befestigt sind.
Hinweise:
Die Plasmamembran ist von diesem Komplex unabhängig. Gegen Ende des Stücks verkleinern sich die Längssäulen allmählich. Gleichzeitig werden die Rippen schlanker. Das abrupte Ende der faserigen Hülle markiert den Übergang zwischen Haupt- und Endstück.
4. Endstück:
Das Endstück besteht aus einem zentralen Paar von Axialfibrillen und einem Ring von neun Doppelfasern, die von der Plasmamembran umgeben sind. Das 9+ 2-Muster des axialen Filamentkomplexes zieht sich durch den größten Teil des Schwanzes einschließlich des Endstücks, aber die Anordnung der Fasern in der Spitze des Endstücks ist verändert und die abnehmende Anzahl der Fasern deutet auf ein sukzessives Ende der einzelnen Subfasern hin (Abb. 8 F-H).
Funktionen des Spermatozoons:
Die Hauptfunktion des Spermatozoons ist es, die väterliche genetische Mitgift zu tragen und die Eizelle zu aktivieren.
Typen von Spermien:
Die Art der produzierten Spermien variiert von Art zu Art. Die Größe der Spermien kann von 0,018 mm bei Amphioxus bis zu 2,25 mm oder mehr bei der Kröte betragen. Der Spermienkopf ist jedoch artspezifisch. Er kann kugelförmig (Teleosteer), stab- oder lanzenförmig (Amphibien), löffelförmig (Mensch und viele andere Säugetiere) oder hakenförmig (Maus und Ratte) sein.
Abgrenzungen:
Die Spermatypen werden wiederum in zwei Haupttypen unterteilt, die bei Tieren vorkommen: die geißelartigen Spermatozoen, die ein Flagellum oder einen Schwanz besitzen, wie die biflagellaten (bei Opsanus, einem Krötenfisch) Spermatozoen. Die nicht-flagellaten Spermien haben keine Geißeln und sind bei Ascaris, Krabben usw. zu finden.