Plemnik, zwany także plemnikiem, mnogie plemniki, męskie komórki rozrodcze, produkowane przez większość zwierząt. Z wyjątkiem nicieni, dziesięcionogów (np. Raków), dwunogów (np. Krocionogów) i roztoczy, plemniki są biczowane; to znaczy mają ogon podobny do bicza. U wyższych kręgowców, zwłaszcza ssaków, w jądrach wytwarzane są plemniki. Plemnik łączy się z komórką jajową (jajeczkiem) samicy (zapładnia) w celu wyprodukowania nowego potomstwa. Dojrzałe plemniki mają dwie rozróżnialne części, głowę i ogon.
P & R Photos — age fotostock
Głowy plemników mają różny kształt dla każdego gatunku zwierząt. U ludzi jest spłaszczony i ma kształt migdała, ma od czterech do pięciu mikrometrów długości i od dwóch do trzech mikrometrów szerokości (około 25 000 mikrometrów na cal). Część głowy to głównie jądro komórkowe; składa się z substancji genetycznych, zwanych chromosomami, które są odpowiedzialne za przekazywanie określonych cech osobnika, takich jak kolor oczu, włosów i skóry. W każdej komórce ciała zdrowego człowieka znajduje się 46 chromosomów, które odpowiadają za ogólny skład fizyczny jednostki. Plemniki mają tylko 23 chromosomy, czyli połowę zwykłej liczby. Kiedy plemnik łączy się z komórką jajową, która ma również 23 chromosomy, uzyskanych w ten sposób 46 chromosomów określa cechy potomstwa. Plemniki mają również chromosom X lub Y, który określa płeć przyszłego dziecka.
www.pdimages.com
Główkę plemnika zakrywa czapka zwana akrosomem, która zawiera enzymy pomagające plemnikom dostać się do jaja. Tylko jeden plemnik zapładnia każdą komórkę jajową, mimo że od 300 000 000 do 400 000 000 plemników występuje w przeciętnym wytrysku. Każde wyprodukowane jajeczko i plemniki mają nieco inną informację genetyczną przenoszoną w chromosomach; wyjaśnia to różnice i podobieństwa między dziećmi tych samych rodziców.
Mała środkowa część plemników zawiera mitochondria. Ogon plemnika, czasami nazywany wici, jest smukłym, przypominającym włosy wiązką włókien, które łączą się z głową i środkową częścią. Ogon ma około 50 mikrometrów długości; jego grubość wynosząca jeden mikrometr w pobliżu mitochondriów stopniowo zmniejsza się do mniej niż pół mikrometra na końcu ogona. Ogon daje ruch plemników. Uderza i faluje, dzięki czemu komórka może dotrzeć do jaja. Po odkładaniu się plemników w żeńskim przewodzie rozrodczym aktywacja ruchu ogona jest hamowana, dopóki plemnik nie zostanie przeniesiony na stosunkowo niewielką odległość od komórki jajowej. Daje to plemnikom większą szansę na dotarcie do komórki jajowej przed wyczerpaniem zapasów energii.
Aktywacja ruchów ogona jest częścią procesu kapacytacji, w którym plemnik przechodzi serię zmian komórkowych, co umożliwia jego udział w zapłodnieniu. Podstawową zmianą zachodzącą podczas kapacytacji jest alkalizacja cytoplazmy plemników, w której wewnątrzkomórkowe poziomy pH wzrastają, szczególnie w wici. Proces ten, napędzany szybkim ruchem protonów z komórki przez kanały jonowe na wici, leży u podstaw aktywacji ogona. Kanały protonowe na wici plemników są przygotowywane do otwarcia przez obecność w żeńskim układzie rozrodczym substancji znanej jako anandamid, która, jak się uważa, występuje w dużych stężeniach w pobliżu komórki jajowej. Po dotarciu do komórki jajowej aktywowane są enzymy zawarte w akrosomie plemnika, umożliwiając plemnikom przejście przez grubą powłokę otaczającą jajo (zona pellucida); proces ten jest znany jako reakcja akrosomów. Błona plemnika następnie łączy się z błoną jajową, a jądro plemnika jest przenoszone do komórki jajowej.
Plemniki osadzają się w układzie rozrodczym samicy, które nie docierają do komórki jajowej. Plemniki mogą żyć w ludzkim ciele przez dwa lub trzy dni po kryciu. Plemniki mogą być również przechowywane w stanie zamrożonym przez miesiące lub lata i nadal zachowują zdolność do zapłodnienia jaj po rozmrożeniu.
Rozpowszechnienie rozmnażania płciowego u zwierząt wywołało intrygujące pytania dotyczące ewolucyjnego pochodzenia plemników. Prawie wszystkie żyjące zwierzęta, od robaków po owady i ludzi, posiadają gen znany jako Boule (BOULE), który działa wyłącznie w produkcji nasienia. Obecność tego genu w ukwiałach – bardzo prymitywnych formach życia – sugeruje, że zdolność do produkcji plemników wyewoluowała tylko raz, około 600 milionów lat temu. Chociaż funkcja genu jest silnie zachowana u zwierząt, rozdzieliła się, dając początek odrębnej formie dla każdego gatunku.
Według badań przeprowadzonych na myszach, końcowe etapy dojrzewania plemników wydają się być regulowane przez gen znany jako Katnal1, który jest wyrażany przez komórki Sertoliego, które podtrzymują i odżywiają niedojrzałe plemniki w ścianach kanalików nasiennych (miejsce spermatogenezy). Podejrzewa się, że dysfunkcja Katnal1 leży u podstaw niektórych przypadków niepłodności męskiej, a zatem gen stanowi potencjalny cel dla rozwoju leków na niepłodność dla mężczyzn, a także nowych form antykoncepcji dla mężczyzn.