Gameti
Che cosa sono i gameti?
I gameti, chiamati anche cellule sessuali, sono cellule specializzate destinate alla generazione di nuovi individui nelle specie a riproduzione sessuata.
Sono a riproduzione sessuata tutte le specie eucariotiche. Fanno eccezione alcuni protozoi, come le amebe.
Si distinguono un gamete femminile, chiamato uovo o cellula uovo, e un gamete maschile, detto spermatozoo.
Nelle piante e nei funghi vengono più spesso utilizzati i termini oosfera e spermi.
Questi ultimi sono detti spermatozoidi o spermazi a seconda della presenza o meno di flagelli.
Generalmente le due tipologie di gamete sono prodotte da individui di sesso diverso, nelle specie ermafrodite (alcuni animali e piante superiori) vengono prodotti entrambi i tipi, ma difficilmente si realizza autofecondazione.
Dall'incontro dei gameti, mediante fecondazione, si ottiene una cellula chiamata zigote, da cui si originerà un nuovo individuo in seguito agli eventi dello sviluppo embrionale tipico della specie.
La riproduzione sessuata nella specie umana, il cui meccanismo è valido anche per tutte le altre specie eucariotiche. Dall'incontro dei gameti, prodotti nella maggior parte dei casi da individui di sesso diverso, si ottiene una cellula, lo zigote, che darà luogo a un nuovo individuo. Come verrà chiarito successivamente nel testo, i gameti devono essere aploidi, in modo da poter ripristinare con la fecondazione l'assetto cromosomico tipico della specie.
Le caratteristiche distintive dei gameti
Nella maggior parte delle specie i gameti maschile e femminile presentano caratteristiche morfologiche e fisiologiche diverse.
L'uovo è generalmente una cellula immobile di dimensioni maggiori rispetto al gamete maschile perché contiene i nutrienti necessari a sostenere lo sviluppo dello zigote nelle prime fasi o nel corso di tutto lo sviluppo embrionale.
In alcuni casi le dimensioni del gamete femminile sono tali da renderlo visibile ad occhio nudo, come nel caso dell'uovo di gallina.
Lo spermatozoo, invece, si presenta come una cellula più piccola, dotata quasi sempre di uno o più flagelli che assicurano la motilità necessaria a raggiungere la cellula uovo.
Rappresentazione non in scala degli spermatozoi di alcune specie animali. Lo spermatozoo è una cellula destinata al raggiungimento della cellula uovo e per questo è dotata di elevata motilità, resa possibile da un flagello o coda il cui movimento consuma le molecole di ATP continuamente prodotte nel colletto, una zona ricca in mitocondri. La testa contiene il nucleo, la sola struttura fornita alla cellula uovo al momento della fecondazione.
L'uovo è una cellula immobile e ricca di sostanze nutritive. Nei Vertebrati le dimensioni delle cellule uovo sono di gran lunga maggiori rispetto a quelle degli spermatozoi. L'uovo degli Uccelli (ad esempio quello di gallina che ha un diametro di 30 mm) e di molti Rettili raggiunge dimensioni tali da renderlo visibile ad occhio nudo. Nell'immagine è possibile apprezzare un confronto tra le dimensioni delle cellule uovo di vari organismi.
Nelle Piante superiori, Gimnosperme (conifere) e Angiosperme (le piante a fiore) i gameti maschili sono privi di flagelli e il raggiungimento del gamete femminile, contenuto nell'ovario, avviene attraverso il polline, trasportato dagli agenti impollinatori.
In alcune specie di alghe e funghi i gameti sono indistinguibili morfologicamente, ma lo sono per alcune caratteristiche fisiologiche, e la loro unione è detta isogamia.
Nel caso in cui le differenze siano apprezzabili, soprattutto per le dimensioni, l'unione tra i gameti è detta anisogamia, oogamia se i gameti femminili sono molto grandi e non sono flagellati. Le stesse caratteristiche sono presenti nei Protisti.
Nelle alghe, nei funghi e nei Protisti i gameti maschili e femminili possono essere uguali o diversi e la loro unione è indicata come isogamia, anisogamia o oogamia.
Il meccanismo di formazione dei gameti
Ai gameti è affidata la formazione di un nuovo individuo, il cui patrimonio genetico deve essere quantitativamente identico a quello dei genitori.
La maggior parte delle specie eucariotiche sono diploidi (alcune piante sono poliploidi) e perché lo zigote continui ad esserlo è necessario che i gameti siano aploidi.
A questo scopo, parallelamente alla comparsa della riproduzione sessuata, le specie eucariotiche hanno evoluto un meccanismo di divisione cellulare in grado di dimezzare il numero di cromosomi.
Si tratta della meiosi, al termine della quale da una cellula progenitrice si ottengono quattro cellule aploidi, i gameti.
Gli eventi della meiosi assicurano la creazione di gameti geneticamente diversi da loro e rispetto all'organismo che li ha prodotti, apportando un ulteriore contributo all'inevitabile variabilità genetica nelle specie a riproduzione sessuata derivata della fusione di cellule diverse.
Le strutture in cui si formano i gameti negli animali: le gonadi
Negli individui pluricellulari, solo alcune cellule sono destinate ad andare incontro a meiosi per generare i gameti e si trovano generalmente in organi specializzati.
Negli animali tali organi sono le gonadi, testicoli negli individui di sesso maschile, ovaie negli individui di sesso femminile.
Gli eventi, insieme alla fase meiotica, che portano alla formazione degli spermatozoi, costituiscono la spermatogenesi.
La produzione delle cellule uovo è detta ovogenesi.
Nelle piante e nei funghi la produzione dei gameti avviene nei gametofiti
Nelle piante e nei funghi il ciclo vitale di un organismo comprende fasi in cui l'individuo è interamente aploide o diploide.
L'alternanza di queste fasi è detta alternanza di generazioni o ciclo aplodiplonte.
Gli animali sono, invece, diplonti, e solo i gameti sono aploidi.
La fase diploide nelle specie ad alternanza di generazioni è detta sporofito, che produce spore per meiosi.
Dalla germinazione delle spore aploidi (meiospore) si ottengono gametofiti aploidi che producono i gameti in seguito a mitosi di alcune cellule.
Dalla fusione dei gameti si ottiene nuovamente lo sporofito.
Nelle piante terrestri, a partire dalle Pteridofiti (felci), le prime piante vascolari e dotate di una struttura a radici, fusto e foglie, il gametofito si riduce in termini di dimensioni e durata, mentre lo sporofito diventa progressivamente più rilevante.
Come nei muschi, il gametofito maschile è detto anteridio, quello femminile archegonio.
Ciclo vitale di una felce con alternanza di sporofito e gametofito. Quest'ultimo, aploide, produce i gameti per mitosi. I gameti maschili, gli spermi, sono ancora flagellati. Nelle Spermatofite i gameti maschili non hanno flagelli.
I gametofiti delle Spermatofite (Gimnosperme e Angiosperme)
Le comuni piante costituiscono gli sporofiti che contengono nei fiori i gametofiti, derivati dalla specializzazione di alcune foglie.
Il gametofito maschile è il granulo pollinico, prodotto negli stami, quello femminile il carpello, costituito da stimma (su cui si deposita il polline), stilo e ovario.
Negli ovuli contenuti nell'ovario si sviluppa l'oosfera.
I gameti maschili sono privi di flagelli e notevolmente ridotti in dimensioni, tanto da essere chiamati nuclei spermatici.
Caratteristiche simili si ritrovano nelle Gimnosperme, che tuttavia non hanno fiori appariscenti.
Nelle Angiosperme i gametofiti sono alcuni elementi del fiore. Il granulo pollinico (gametofito maschile) si deposita sullo stigma dello stesso o di un altro fiore. Il granulo pollinico sviluppa un tubicino che si allunga nello stilo e consente il trasporto di due gameti maschili: uno si fonde con l'oosfera e forma il seme, l'altro si unisce ad altre due cellule contenute nell'ovulo (nuclei polari), formando una cellula triploide da cui si forma l'endosperma, un tessuto del seme con funzioni nutritive. Dall'ingrossamento dell'ovario si produce il frutto.
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