Spermiogeneze introspermie
Introspermie produkují všichni hlavonožci, neomenioidi (Aplacophora), několik mlžů a mnoho skupin plžů včetně kaenogastropodů, opisthobranchů a pulmonátů. Introspermie měkkýšů jsou velmi variabilní a mají složitější stavbu s různými modifikacemi v oblasti hlavy, středního dílu a ocasu. Morfologické změny, k nimž dochází během spermiogeneze, proto odrážejí tuto variabilitu. Rané spermatidy, stejně jako spermatidy vodních měkkýšů, mají obvykle kulovité jádro s mozaikou heterochromatinu (obr. 2(A)) a během této fáze se na budoucím zadním pólu nebo na předním a zadním pólu jaderného povrchu může tvořit elektronově hustý materiál zvaný plaky. Přední plak je obvykle tvořen vrstvou extranukleárního materiálu, zatímco zadní plak je zřejmě způsoben ztluštěním vnitřní jaderné membrány. U raných spermatid má cytoplazma četné mitochondrie, často více než jedno Golgiho tělísko, dobře vyvinuté endoplazmatické retikulum a jeden nebo dva centrioly (některé z těchto znaků jsou zobrazeny na obr. 2(A) a (B)). Jak spermatida dozrává, prodlužuje se, během čehož se mění tvar jádra a dochází ke kondenzaci chromatinu.
Obr. 2. V průběhu zrání se spermatida prodlužuje. Schematické znázornění (interpretované ze snímků z transmisního elektronového mikroskopu) některých stadií introspermální spermiogeneze u některých taxonů měkkýšů. A, Rané spermatidy ukazující jádra s mozaikou chromatinu. B a C. Střední spermatidy, v nichž se chromatin stává zrnitým. Všimněte si vyvíjející se polarity buňky s akrozomálním měchýřkem (AV) umístěným na předním pólu. D. Pozdní spermatida s vláknitým chromatinem v jádře. Všimněte si mikrotubulů (MT) obklopujících jádro. E. Střední spermatida s kondenzací chromatinu začínající na periferii jádra. Jádro se rovněž invaginuje směrem dozadu a vytváří zadní jádrovou jamku, v níž se nachází centriolární komplex (CE). F. Pozdní spermatida s prodlužujícím se jádrem a střední částí. Chromatin je nyní vláknitého vzhledu a jádro zcela invaginovalo a vytvořilo centrální kanál, v němž se nachází centriolární komplex (CE) a axoném (AX). G a H. Podélné řezy pozdními spermatidami ukazující fáze vývoje mitochondriálního derivátu (MD). I. Příčný řez středním kusem v rané fázi tvorby mitochondriálního derivátu. J. Příčný řez středním dílem v pozdní fázi tvorby mitochondriálního derivátu. AP, akrozomální podstavec; AV, akrozomální vezikula; AX, axoném; BP, bazální destička; CE, centrioly centriolárního komplexu; CF, hrubé vlákno; F, bičík; G, Golgiho tělísko; GH, glykogenová šroubovice; M, mitochondrie; MD, mitochondriální derivát; MT, mikrotubuly; N, jádro; RER, drsné endoplazmatické retikulum; šipka, cytoplazmatický můstek. Není nakresleno přesně v měřítku.
A-D: dekapodní hlavonožec (upraveno podle Healy, J., 1990. Ultrastructure of spermatozoa and spermiogenesis in Spirula spirula (L.): Systematický význam a srovnání s jinými hlavonožci. Helgoländer Meeresuntersuchungen 44, 109-123); E a F: kaenogastropod (upraveno podle Buckland-Nicks, J., Williams, D., Chia, F-S., Fontaine, A., 1983. Studies on the polymorphic spermatozoa of a marine snail (Studie polymorfních spermií mořského plže). 2. Geneze eupyrenních spermií. Gamete Research 7, 19-37); G-J: plicnatý plž (upraveno podle Healy, J., 2001. Spermatogeneze a oogeneze. In: Spermie a spermie: Barker, G.M. (ed.), The Biology of Terrestrial Molluscs. Oxon: CABI Publishing, s. 357-382).
U hlavonožců (sépie a chobotnice) dochází ke granulární fázi kondenzace chromatinu (obr. 2(B)) podobné té, která byla popsána u raných spermatid vodomilů. Granule o velikosti 20 nm jsou homogenně rozmístěny po celém jádře. Jak spermatida dozrává, tato chromatinová granula se strukturálně a biochemicky proměňují. Granule jsou přetvořeny v tenká vlákna (o průměru asi 35 nm) s antero-posteriorní orientací (obr. 2(D)), která obsahují hyperacetylované histony a prekurzor protaminu (Chiva et al., 2011). Tloušťka vláken se pak zvětšuje na přibližně 50 nm v průměru s nárůstem prekurzoru protaminu a poklesem hyperacetylovaného histonu. Nakonec se silnější vlákna spojí, čímž vznikne rovnoměrně elektronově husté jádro, a v této fázi je již protamin spojen s DNA. U hlavonožců octomilek je přechod jaderných proteinů během spermiogeneze podobný jako u dekapodů, ale kondenzace chromatinu je poněkud odlišná v tom, že začíná v polárních oblastech (vyvíjející se přední a zadní část spermie) jádra, nikoliv současně v celém jádře. Kondenzace chromatinu se pak postupně šíří po celém jádře. U mnoha kaenogastropodů dochází po jemnozrnné fázi ke kondenzaci chromatinu nejprve na periferii jádra (obr. 2(E)) a pak se šíří dovnitř, zatímco u pulmonátů dochází ke kondenzaci chromatinu rovnoměrně v celém jádře. Poté následuje fibrilární fáze (obr. 2(F) a (G)), během níž dochází k postupné a kontinuální přeměně histonů prostřednictvím řady protaminových prekurzorů na protaminy (Chiva et al., 2011). Poslední fáze změny chromatinu zahrnuje lamelární fázi, přičemž lamely se nakonec spojí a výsledkem je rovnoměrně elektronově husté jádro.
Během kondenzace chromatinu může být změna tvaru jádra introspermy hluboká. Změna tvaru začíná nejprve tím, že se jádro invaginuje směrem dozadu a vytvoří to, co se stane implantační jamkou pro centriolu(y) nebo centriolární derivát (obr. 2(C)-(H)). U některých kaenogastropodů se prodlužující se jádro spermatidy vyvíjí jako dlouhá trubice kvůli vytvoření centrálního intranukleárního kanálu (obr. 2(F)). K tomu dochází postupným prohlubováním implantační jamky. Jak se jamka prohlubuje, centriola(y) nebo centriolární derivát migrují do kanálu spolu s axonem, který tak proniká do celé délky jádra (obr. 2(F)). U jiných plžů, jako jsou opisthobranchové, pulmonáti a někteří hlavonožci, prochází jádro pozdějších spermatid určitou torzí (obr. 2(H)) a stává se spirálovitým nebo šroubovitě kýlovitým.
Vývoj akrozomu začíná u raných spermatid často až po vytvoření polarity jádra. U Neritimorpha (Gastropoda) začíná tvorba akrozomu produkcí několika malých membránově vázaných, elektronově hustých proakrozomálních vezikul bazálně umístěným Golgiho tělískem. U většiny ostatních taxonů Golgiho komplex nebo komplexy vylučují jedinou proakrozomální vezikulu (obr. 2(A)). Jak spermatida dozrává, vezikula migruje dopředu a umisťuje se doprostřed přední jaderné destičky. U kaenogastropodů je migrace vezikul často doprovázena Golgiho tělískem, které pokračuje v produkci materiálu pro vyvíjející se akrozom (obr. 2(E) a (F)). Golgiho tělísko může být také spojeno s endoplazmatickým retikulem. Během migrace akrozomální váček obvykle získává extravesikulární materiál a struktury, které nakonec tvoří subvesikulární materiál, bazální destičku nebo podstavec mezi akrozomem a jádrem (obr. 2(E)-(H)).
Střední část měkkýší introspermie s centriolem, centriolami nebo centriolárním derivátem a mitochondriemi je různě složitá, a proto jsou strukturální změny během spermiogeneze také velmi variabilní. U hlavonožců jiných než octomilky se četné malé nemodifikované mitochondrie shlukují na vyvíjejícím se zadním konci jádra středních až pozdních spermatid, aby se umístily v ostruze nebo obalu buněčné membrány, který přiléhá k přední části ocasu nebo ji obklopuje (obr. 2(C) a (D)). U středních spermatid octomilek dochází k mitochondriální fúzi, když se mitochondrie uspořádají kolem axonemu na bázi jádra. U středních až pozdních spermatid kaenogastropodů se mitochondrie začínají hromadit také v bazální oblasti jádra (obr. 2(E)), kde splývají (obr. 2(F)) a vytvářejí modifikované mitochondriální elementy, které se u jednotlivých taxonů liší počtem, délkou a vnitřní strukturní složitostí. Jak se spermatida a její axoném prodlužují, mitochondriální elementy obklopují axoném a prodlužují se podél něj. U některých druhů začínají mitochondriální elementy střední spermatidy tvořit volnou spirálu kolem axonemu a v pozdním stadiu spermatidy jsou uspořádány jako souvislé šroubovice. Jak mitochondrie splývají, mohou krysty tvořit souvislou membránu nebo se přeměnit v deskovité struktury.
U vyšších plžů, jako jsou pulmonáti a opisthobranchové, se s postupující spermiogenezí axoném dále prodlužuje a malé mitochondrie migrují dozadu, kde se shlukují podél axonému, kde se začínají spojovat (obr. 2(G) a (I)). Současně se s axonémem spojuje a obklopuje ho devět průběžných vláken neznámého původu (obr. 2(I) a (J)). Jak spermatida dozrává, mitochondrie dále splývají a obalují axoném jako plášť (obr. 2(I) a (J)). S postupujícím ovíjením se mitochondriální materiál přeměňuje a u pozdní spermatidy je uspořádán jako kruhové paralelní vrstvy parakrystalického matrixového materiálu do tzv. mitochondriálního derivátu, který se spirálovitě stáčí podél axonemu (Healy, 2001). Během obalování a transformace se v mitochondriálním derivátu vyvíjí jeden nebo více tubulárních kanálků. Ve zralé spermii tyto kanálky získávají glykogen, a proto se nazývají glykogenové šroubovice (obr. 2(H) a (J)). Glykogen je charakteristickým znakem spermií mnoha měkkýšů. Tento zásobní produkt se obvykle objevuje až v pozdní fázi spermiogeneze. Často se ukládá intraaxonemálně a navíc se část axonemu (často zadní část) pozdních spermatid kaenogastropodů a opistobranchů obklopí glykogenem a vytvoří oblast zvanou glykogenový kousek. Mechanismus vstřebávání glykogenu do spermatid nebyl doposud vysvětlen.
Vlastností pozdní spermiogeneze mnoha taxonů měkkýšů je eliminace přebytečné cytoplazmy z jaderné, střední části nebo oblasti ocasu spermatid. Přebytečná cytoplazma s organelami, jako je Golgiho tělísko a endoplazmatické retikulum, může být zlikvidována cytoplazmatickou slupkou a/nebo redukována autofagií a lysozomální aktivitou. Dalším znakem pozdní spermiogeneze hlavonožců, některých kaenogastropodů a pulmonátů je vývoj prstence mikrotubulů (tzv. manchette) kolem kondenzujícího jádra a/nebo střední části spermatidy (obr. 2(C), (D), (H) a (J)). Přesná úloha mikrotubulů nebyla stanovena, i když se předpokládá, že u některých druhů hrají roli při utváření tvaru spermatozoidu
.