精子

精子（せいこ、英: Sperm）は、異生殖形式（より大きな雌の生殖細胞とより小さな雄の生殖細胞が存在する形式）における雄の生殖細胞または配偶子である。動物は鞭毛と呼ばれる尾を持つ運動性の精子を産生し、これを精子と呼ぶ。一方、一部の紅藻類や菌類は、精母細胞と呼ばれる非運動性の精細胞を産生する。^[1]顕花植物は花粉の中に非運動性の精子を含むが、シダ植物や一部の裸子植物などのより基底的な植物は運動性の精子を持つ。^[2]

精子細胞は、精子形成と呼ばれる過程で形成されます。この過程は、羊膜類（爬虫類と哺乳類）では精巣の精細管で起こります。^{[3]この過程では、}精原細胞から始まり、精母細胞に分化する精子細胞の前駆体が次々と生成されます。次に、精母細胞は減数分裂を起こし、染色体数が半分に減り、精細胞が生成されます。その後、精細胞は成熟し、動物では尾または鞭毛を形成し、成熟した運動能力のある精子細胞が生じます。このプロセス全体は常に発生しており、開始から終了まで約3か月かかります。

精子細胞は分裂できず、寿命も限られているが、受精時に卵子と融合すると、全能性受精卵として新たな生物が発達し始める。ヒトの精子細胞は半数体であるため、その23本の​​染色体は女性の卵子の23本の​​染色体と結合して、46対の染色体を持つ二倍体細胞を形成することができる。哺乳類では、精子は精巣上体に保存され、射精時にペニスから精液として放出される。

精子という単語は、ギリシャ語の「種」を意味する σπέρμα,精子に由来しています。

同性生殖が精子と卵子の祖先であることは一般的に認められている。同性生殖から精子と卵子が進化したことを示す化石記録がないため、精子の進化を理解するために数学モデルが重視されている。^[4]

精子は急速に進化したという仮説が広く信じられているが、精子が他の男性の特徴よりも早く進化したという直接的な証拠はない。^[5]

精子の主な機能は、卵子に到達して融合し、2つの細胞内構造（（i）遺伝物質を含む雄性前核、および（ii）微小管細胞骨格の組織化を助ける構造である中心小体）を送達することです。^{[説明が必要]}

精子細胞の核DNAは半数体であり、父方染色体ペアのコピーを1つだけ提供します。ヒト精子のミトコンドリアにはDNAがまったく含まれていないか、非常にわずかしか含まれていません。これは、 mtDNAが精子細胞が成熟する間に分解されるためであり、そのため通常は子孫に遺伝物質を提供しません。^[6]

哺乳類の精子細胞は、首でつながった 2 つの部分に分けられます。

• 頭部：密に巻かれたクロマチン繊維を持つ核があり、その前部は先体と呼ばれる薄く平らな袋に囲まれており、その中には雌の卵子を貫通するために使用される酵素が含まれています。また、液胞も含まれています。^[7]
• 尾：鞭毛とも呼ばれ、最も長い部分であり、波のような動きが可能で、精子の泳ぎを促進し、卵子への侵入を助けます。^{[8] [9] [10]尾は以前は}螺旋状に対称的に動くと考えられていました。
• 頸部: 連結片とも呼ばれ、典型的な中心小体1つと、近位中心小体のような非典型的な中心小体1つを含む。^{[11] [12]}中片には中心に糸状の核があり、その周りに多数のミトコンドリアが螺旋状に巻き付いており、女性の子宮頸部、子宮、卵管を通る旅に必要なATP産生に用いられる。

受精の過程で、精子は卵母細胞に3つの重要な部分を提供します。(1)代謝的に休眠中の卵母細胞を活性化させるシグナル伝達因子または活性化因子、(2)半数体の父方ゲノム、(3)中心体と微小管系の形成を担う中心小体です。^[13]

動物の精子は、男性の生殖腺（精巣）内で減数分裂によって精子形成によって作られます。精子の初期過程は完了するまでに約70日かかります。この過程は、生殖細胞前駆細胞からの精原細胞の産生から始まります。これらは分裂して精母細胞に分化し、精母細胞は減数分裂を経て精子細胞を形成します。精子細胞の段階で、精子はよく知られている尾部を発達させます。精子が完全に成熟する次の段階には約60日かかり、精子と呼ばれます。^{[14]精子細胞は、}精液と呼ばれる液体で男性の体から運び出されます。人間の精子細胞は、性交後5日以上、女性の生殖管内で生存することができます。^{[15]精液は}、精嚢、前立腺、尿道腺で生成されます。

2016年、南京医科大学の科学者たちは、マウスの胚性幹細胞からマウスの精子細胞に似た細胞を人工的に作り出したと主張した。彼らはこれらの精子細胞をマウスの卵子に注入し、子犬を産んだ。^[16]

精子の量と質は、精液の質の主なパラメータであり、精液の質は、精液が受精する能力の尺度である。したがって、人間では、男性の生殖能力の尺度である。精子の遺伝的品質、量、運動性はすべて、通常、加齢とともに低下する。^[17]精子のDNA二重鎖切断は加齢とともに増加する。 ^[18] また、アポトーシスは加齢とともに減少し、男性の加齢に伴う精子の損傷DNAの増加は、精子形成中または精子形成後に作用する細胞選択（アポトーシス）の効率が低下する結果として部分的に発生することを示唆している。^[18]

減数分裂後受精前の時期に精子細胞に存在するDNA損傷は受精卵で修復される可能性がありますが、修復されない場合、生殖能力と発育中の胚に深刻な悪影響を及ぼす可能性があります。ヒトの精子細胞は、特にフリーラジカルの攻撃や、8-オキソ-2'-デオキシグアノシンによるものなどの酸化DNA損傷の発生に対して脆弱です^[19]。

マウスの精子形成における減数分裂後の段階は、環境中の遺伝毒性物質に対して非常に敏感である。これは、雄の生殖細胞が成熟した精子を形成するにつれて、DNA損傷を修復する能力が徐々に失われるためである。^[20]精子形成後期に雄マウスを放射線照射すると、受精精細胞に少なくとも7日間持続する損傷が誘発され、母親のDNA二本鎖切断修復経路が破壊されると、精子細胞由来の染色体異常が増加する。^{[21]化学療法で頻繁に使用される二官能アルキル化剤であるメル}ファランで雄マウスを治療すると、減数分裂中にDNA損傷が誘発され、生殖細胞が精子形成の発達のDNA修復能段階を進むにつれて、修復されない状態で持続する可能性がある。^[22]受精後の精子細胞におけるこのような修復されないDNA損傷は、さまざまな異常のある子孫につながる可能性がある。

精子の質と関係があるのは、少なくとも一部の動物では精子の大きさである。例えば、ショウジョウバエのいくつかの種（ショウジョウバエ）の精子は最大 5.8 cm の長さがあり、これはショウジョウバエ自体の長さの約 20 倍である。長い精子細胞は、短い精子細胞よりも、メスの精液容器から競争相手を追い出すのに優れている。メスにとっての利点は、健康なオスだけが、競争相手に勝つのに十分な量の長い精子を生産できる「良い」遺伝子を持っていることである。^{[23] [24]}

精子バンクの中には、最大170リットル（37英ガロン、45米ガロン）の精子を保管しているところもあります。^[25]

射精以外にも精巣精子採取によって精子を採取することも可能です。

世界市場では、デンマークはヒト精子の輸出システムが発達している。この成功は主に、デンマークの精子提供者が高品質であるという評判によるものであり^[26]、他の北欧諸国の法律とは対照的に、提供者は受領カップルに対して匿名か非匿名かを選択できる。^[26]さらに、北欧の精子提供者は背が高く、高学歴である傾向があり^[27]、北欧諸国では金銭的報酬が比較的低いこともあり、提供の動機は利他的である^{[27] 。}パラグアイ、カナダ、ケニア、香港など、世界50か国以上がデンマークの精子を輸入している。^[26]しかし、米国食品医薬品局（FDA）は、クロイツフェルト・ヤコブ病の感染リスクを理由に、精子の輸入を禁止している。ただし、人工授精はクロイツフェルト・ヤコブ病の感染経路とは大きく異なるため、リスクは小さい。^{[28]ドナーのクロイツフェルト・ヤコブ病の有病率は最大でも100万人に1人であり、ドナーがキャリアであった場合、感染性タンパク質が}血液精巣関門を通過しなければ感染は起こらない。^[28]

精子は1677年にアントニー・ファン・レーウェンフック^{[29]によって}顕微鏡で初めて観察されました。彼は精子を小動物と表現しましたが、これは精子の中には完全に形成された小さな人間が含まれているという前形成説を信じていたためだと思われます。 ^[要出典]

射精液は表面の構造や色に関係なく紫外線で検出されます。 ^[30]膣スワブなどの精子の頭部は、今でも「クリスマスツリー染色」法、すなわちケルネヒトロート・ピクロインジゴカルミン（KPIC）染色法を使用した顕微鏡検査で検出されます。^{[31] [32]}

藻類や多くの植物配偶体の精細胞は、有糸分裂によって雄性配偶子嚢（精子器）で生成される。顕花植物では、精核は花粉の中で生成される。^[33]

運動性精子細胞は、通常、鞭毛を介して移動し、受精のために卵子に向かって泳ぐために水媒体を必要とする。動物では、精子の運動エネルギーのほとんどは、精液に含まれるフルクトースの代謝から得られる。これは、精子の中片（精子の頭部の基部）にあるミトコンドリアで起こる。これらの細胞は、推進力の性質上、後方に泳ぐことはできない。動物の単鞭毛精子細胞（鞭毛が 1 本）は精子と呼ばれ、サイズがさまざまであることが知られている。^[要出典]

運動性精子は、多くの原生生物や、コケ植物、シダ植物、ソテツやイチョウなどの一部の裸子植物の配偶体によっても生成される。精細胞は、これらの植物のライフサイクルで唯一の鞭毛細胞である。多くのシダ植物やヒカゲノカズラ類、ソテツ、イチョウでは、精細胞は複数の鞭毛を持つ（複数の鞭毛を持つ）。^[34]

線虫では精細胞はアメーバ状で、卵細胞に向かって泳ぐのではなく這うように移動する。^[35]

運動能力のない精子細胞は精母細胞と呼ばれ、鞭毛がないため泳ぐことができません。精母細胞は精嚢で生成されます。^[34]

精子は泳げないので、卵細胞まで運ぶには環境に依存する。ポリシフォニアなどの一部の紅藻は運動しない精子を生成し、放出されると水流によって拡散する。^[34]サビ菌の精子は粘着性物質で覆われている。精子は花蜜を含むフラスコ状の構造物で生成され、ハエを引き寄せ、顕花植物における昆虫による受粉に似たメカニズムで精子を近くの菌糸に運んで受精させる。^[36]

真菌の精子（特にウレディナレス目では分生胞子とも呼ばれる）は分生子と混同されることがある。分生子は受精とは無関係に発芽する胞子であるのに対し、精子は受精に必要な配偶子である。Neurospora crassaなどの一部の真菌では、精子は受精と受精なしで新しい生物を生み出すという両方の機能を果たすことができるため、小分生子と同一である。^[37]

裸子植物のほとんどとすべての被子植物を含むほぼすべての胚植物では、雄配偶体（花粉粒）が風や昆虫による受粉などによって主な散布手段となり、雄と雌の間の隙間を埋めるための水の必要がなくなります。各花粉粒には精子形成（生殖）細胞が含まれています。花粉が受粉花の柱頭に着地すると発芽し、心皮を通って花粉管を伸ばし始めます。花粉管が胚珠に到達する前に、花粉粒の生殖細胞の核が分裂して2つの精核が生じ、これが管を通って胚珠に放出され受精します。^[34]

一部の原生生物では、受精には細胞ではなく精子核が受精管を通って卵細胞に向かって移動することも含まれる。卵菌類は卵細胞を取り囲む合胞体造精器で精子核を形成する。精子核は植物の花粉管のメカニズムと同様に受精管を通って卵細胞に到達する。^[34]

ほとんどの精子細胞は精子頸部に中心小体を持っています。^[38]多くの動物の精子には、近位中心小体と遠位中心小体と呼ばれる2つの典型的な中心小体があります。一部の動物（ヒトやウシを含む）は、1つの典型的な中心小体である近位中心小体と、非定型構造の2つ目の中心小体を持っています。^[11]マウスとラットには認識可能な精子の中心小体はありません。ショウジョウバエのDrosophila melanogasterには、1つの中心小体と、近位中心小体様と呼ばれる非定型の中心小体があります。^[39]

精子尾は、特殊なタイプの繊毛（別名鞭毛）です。多くの動物では、精子尾は細胞質繊毛形成という独特なプロセスを通じて形成され、精子尾の軸糸の全部または一部が細胞質内で形成されるか、細胞質に露出します。^[40]

• 成人の体内の異なる細胞タイプのリスト
• 女性の精子
• 女性の精子の保存
• メンデル遺伝
• 多精子症
• 精子競争
• 精子肉芽腫
• 精子窃盗

• Fawcett, DW (1981)。「精子の鞭毛」。DW Fawcett 著『The Cell』第 2 版 (登録が必要)。フィラデルフィア: WB Saunders Company。pp. 604–640 (登録が必要)。ISBN 9780721635842。OCLC 993416586。 
• Lehti, MS および A. Sironen ( 2017年 10 月)。「精子の運動障害に関連する精子尾部構造の形成と機能」。Biol Reprod 97(4): 522–536。doi :10.1093/biolre/iox096。

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• 顕微鏡で見た人間の精子