Spermatogenese ist der Prozess der Herstellung von Samenzellen oder der Entwicklung von unreifen Keimzellen, die als Spermatogonien bekannt sind, zu reifen Samenzellen, die Spermatozoen genannt werden. Eine Samenzelle ist die männliche Fortpflanzungszelle, die die weibliche Eizelle bei der sexuellen Fortpflanzung befruchtet. Die Fortpflanzungsfähigkeit eines Mannes hängt von einer hohen Qualität und Quantität der Spermien ab; daher tritt die Spermatogenese kontinuierlich vom Zeitpunkt der Pubertät bis zum Tod auf. Die in diesem Prozess enthaltenen Stadien sind Spermatocytogenese, Spermatidogenese und Spermiogenese.
Die Spermatogenese beginnt in den Samenkanälchen, die je nach Art wie kleine, gerade oder gedrehte Nudeln im Hoden aussehen. Das Innere der Samenkanälchen ist mit Sertoli-Zellen und Spermatogonien ausgekleidet. Die Sertoli-Zellen werden oft als „Krankenschwester“-Zellen bezeichnet, da sie die Entwicklung von Spermien unterstützen, indem sie die Abfallstoffe der Spermatogenese fressen und die Zellen durch die Kanäle der Tubuli leiten.
Während der Spermatocytogenese teilt sich die Spermatogonie durch Mitose, um zwei diploide Zellen zu bilden, die als primäre Spermatozyten bezeichnet werden. Mitose ist eine Art der Zellteilung, bei der eine Elternzelle wächst und sich dann in zwei Hälften teilt, um zwei identische Tochterzellen zu bilden. Die primären Spermatozyten, die doppelt so viel Erbgut wie eine normale Zelle besitzen, müssen dann die Meiose I durchlaufen.
Bei dieser Art der Teilung teilt sich die Elternzelle in zwei diploide Tochterzellen, die die Hälfte der Chromosomen oder genetischen Materials als Elternzelle haben. Die resultierenden sekundären Spermatozyten, die die normale Menge an Chromosomen aufweisen, müssen dann die Meiose II durchlaufen, um Spermatiden zu bilden. Dieser kurze Teil der Spermatogenese wird Spermatidogenese genannt.
Spermatiden haben nur die Hälfte der Gesamtmenge an Chromosomen. Denn wenn sich die Spermien mit der Eizelle verbinden, die auch nur die Hälfte der notwendigen Chromosomen enthält, bilden sie einen vollständigen Chromosomensatz, der sowohl aus den männlichen als auch aus den weiblichen Genen besteht. Die zufällige Halbierung und Paarung von Chromosomen erhöht die genetische Variabilität, eine wichtige Komponente in der Evolution.
Während der Spermiogenese, der letzten Phase der Spermatogenese, entwickelt die Samenzelle einen Schwanz und erreicht die volle Reifung. In der ersten Phase dieses Prozesses, der Golgi-Phase, wird das genetische Material der Spermatide zu einem Kern dicht zusammengepackt und die Spermatide erfährt eine strukturelle Veränderung. Während sie früher kreisförmig war, beginnt sich der mittlere Abschnitt auszubeulen und die Zelle erstreckt sich an einem Ende, um einen Golgi-Apparat zu bilden, der Chemikalien namens Enzyme erzeugt. Als nächstes umhüllt der Golgi-Apparat den Kern, um während der Kappenphase eine akrosomale Kappe zu bilden. Die von der akrosomalen Kappe freigesetzten Enzyme zerstören die Wand der weiblichen Eizelle während der Befruchtung, wodurch der Kern des Spermiums in die Eizelle eindringen und sich mit dem Kern der Eizelle verbinden kann.
In der folgenden akrosomalen Phase wächst aus der Samenzelle ein Schwanz, der ihr bei der Bewegung hilft. Die Samenzelle dreht sich in der Wand der Samenkanälchen herum, so dass ihr Schwanz in Richtung des Lumens oder Innenraums der Röhre zeigt. Mit Hilfe eines Hormons namens Testosteron verbrauchen die Sertoli-Zellen in der Reifungsphase das überschüssige Zellmaterial. Bei einem anderen Prozess, der als Spermiation bekannt ist, werden die reifen Samenzellen in das Lumen freigesetzt und in den Nebenhoden geschoben, eine kleine, gewundene Röhre, die sich zwischen der Rückseite des Hodens und dem Samenleiter befindet. Hier werden die Spermien beweglich oder können sich selbstständig bewegen und sind bereit, beim Sex in das Weibchen ejakuliert zu werden.