La spermatogenesi è il processo di produzione di spermatozoi o lo sviluppo di cellule germinali immature note come spermatogoni in cellule spermatiche mature chiamate spermatozoi. Uno spermatozoo è la cellula riproduttiva maschile che fertilizza l’uovo femminile nella riproduzione sessuale. La capacità riproduttiva di un maschio dipende da un’elevata qualità e quantità di spermatozoi; pertanto, la spermatogenesi si verifica continuamente dal momento della pubertà fino alla morte. Le fasi incluse in questo processo sono la spermatocitogenesi, la spermatidogenesi e la spermiogenesi.
La spermatogenesi inizia nei tubuli seminiferi, che, a seconda del loro tipo, hanno l’aspetto di piccole tagliatelle dritte o attorcigliate nei testicoli. L’interno dei tubuli seminiferi è rivestito con cellule di Sertoli e spermatogoni. Le cellule del Sertoli sono spesso chiamate cellule “infermiere” perché aiutano lo sviluppo dello sperma mangiando i materiali di scarto della spermatogenesi e dirigendo le cellule attraverso i canali dei tubuli.
Durante la spermatocitogenesi, lo spermatogoni si divide attraverso la mitosi per formare due cellule diploidi chiamate spermatociti primari. La mitosi è un tipo di divisione cellulare in cui una cellula madre cresce e poi si divide a metà per formare due cellule figlie identiche. Gli spermatociti primari, che hanno il doppio di materiale genetico di una cellula normale, devono quindi subire la meiosi I.
In questo tipo di divisione, la cellula madre si divide per formare due cellule figlie diploidi, che hanno metà dei cromosomi, o materiale genetico, come cellula madre. Gli spermatociti secondari risultanti, che hanno la normale quantità di cromosomi, devono quindi passare attraverso la meiosi II per formare spermatidi. Questa breve parte della spermatogenesi è chiamata spermatidogenesi.
Gli spermatidi hanno solo la metà della quantità totale di cromosomi. Questo perché quando lo sperma si unisce all’ovulo, che contiene anche solo la metà della quantità di cromosomi necessari, forma un set completo di cromosomi composto da geni sia maschili che femminili. Il dimezzamento casuale e l’accoppiamento dei cromosomi aumenta la variabilità genetica, una componente importante nell’evoluzione.
Durante la spermiogenesi, la fase finale della spermatogenesi, lo spermatozoo sviluppa una coda e raggiunge la piena maturazione. Nella prima fase di questo processo, la fase di Golgi, il materiale genetico dello spermatide si compatta strettamente insieme per formare un nucleo e lo spermatide subisce un cambiamento strutturale. Mentre era precedentemente circolare, la sezione centrale inizia a gonfiarsi e la cellula si estende a un’estremità per formare un apparato di Golgi, che crea sostanze chimiche chiamate enzimi. Successivamente, l’apparato di Golgi avvolge il nucleo per formare un cappuccio acrosomiale durante la fase del cappuccio. Gli enzimi rilasciati dal cappuccio acrosomiale rompono la parete dell’uovo femminile durante la fecondazione, consentendo al nucleo dello sperma di entrare nell’uovo e unirsi al nucleo dell’uovo.
Nella successiva fase acrosomiale, lo spermatozoo sviluppa una coda che lo aiuta a muoversi. Lo spermatozoo ruota intorno alla parete dei tubuli seminiferi in modo che la sua coda sia rivolta verso il lume, o spazio interno, del tubo. Con l’aiuto di un ormone chiamato testosterone, le cellule del Sertoli consumano i materiali cellulari in eccesso nella fase di maturazione. In un altro processo noto come spermiazione, gli spermatozoi maturi vengono rilasciati nel lume e spinti nell’epididimo, un piccolo tubo a spirale situato tra la parte posteriore del testicolo e il dotto deferente. Qui, lo sperma diventa mobile, o in grado di muoversi da solo, e pronto per essere eiaculato nella femmina durante il sesso.