Spermatogeneza to proces wytwarzania plemników lub rozwijania niedojrzałych komórek płciowych znanych jako spermatogonia w dojrzałe plemniki zwane plemnikami. Plemnik to męska komórka rozrodcza, która zapładnia żeńską komórkę jajową podczas rozmnażania płciowego. Zdolność samca do reprodukcji zależy od wysokiej jakości i ilości nasienia; dlatego spermatogeneza zachodzi nieprzerwanie od okresu dojrzewania do śmierci. Etapy objęte tym procesem to spermatocytogeneza, spermatydogeneza i spermiogeneza.
Spermatogeneza rozpoczyna się w kanalikach nasiennych, które w zależności od rodzaju wyglądają jak małe, proste lub skręcone kluski w jądrach. Wewnątrz kanalików nasiennych znajdują się komórki Sertoliego i spermatogonia. Komórki Sertoliego są często określane jako komórki „pielęgniarki”, ponieważ pomagają w rozwoju plemników poprzez zjadanie materiałów odpadowych spermatogenezy i kierowanie komórek przez kanały kanalików.
Podczas spermatocytogenezy spermatogonia dzieli się poprzez mitozę, tworząc dwie komórki diploidalne zwane pierwotnymi spermatocytami. Mitoza to rodzaj podziału komórki, w którym komórka rodzicielska rośnie, a następnie dzieli się na pół, tworząc dwie identyczne komórki potomne. Pierwotne spermatocyty, które mają dwa razy więcej materiału genetycznego niż normalna komórka, muszą następnie przejść mejozę I.
W tym typie podziału komórka rodzicielska dzieli się, tworząc dwie diploidalne komórki potomne, które mają połowę chromosomów lub materiał genetyczny jako komórkę rodzicielską. Powstałe wtórne spermatocyty, które mają normalną liczbę chromosomów, muszą następnie przejść przez mejozę II, aby utworzyć spermatydy. Ta krótka część spermatogenezy nazywa się spermatogenezą.
Plemniki mają tylko połowę całkowitej liczby chromosomów. Dzieje się tak dlatego, że gdy plemnik łączy się z komórką jajową, która również zawiera tylko połowę niezbędnej liczby chromosomów, tworzą pełny zestaw chromosomów złożony zarówno z genów męskich, jak i żeńskich. Losowe zmniejszanie o połowę i parowanie chromosomów zwiększa zmienność genetyczną, która jest ważnym elementem ewolucji.
Podczas spermiogenezy, końcowej fazy spermatogenezy, plemnikowi wyrasta ogon i osiąga pełne dojrzewanie. W pierwszym etapie tego procesu, fazie Golgiego, materiał genetyczny plemnika zostaje ciasno upakowany, tworząc jądro, a plemnik ulega zmianie strukturalnej. Chociaż wcześniej była okrągła, jej część środkowa zaczyna się wybrzuszać, a komórka rozciąga się na jednym końcu, tworząc aparat Golgiego, który wytwarza substancje chemiczne zwane enzymami. Następnie aparat Golgiego otacza jądro, tworząc czapeczkę akrosomalną podczas fazy czapeczki. Enzymy uwalniane przez czapeczkę akrosomalną rozbijają ścianę jaja samicy podczas zapłodnienia, umożliwiając jądru plemnika wniknięcie do komórki jajowej i połączenie się z jądrem komórki jajowej.
W kolejnej fazie akrosomalnej plemnikowi wyrasta ogon, który pomaga mu się poruszać. Plemnik obraca się wokół ściany kanalików nasiennych tak, że jego ogon jest skierowany w stronę światła lub przestrzeni wewnętrznej jajowodu. Za pomocą hormonu zwanego testosteronem komórki Sertoliego zużywają nadmiar materiałów komórkowych w fazie dojrzewania. W innym procesie znanym jako spermiacja, dojrzałe plemniki są uwalniane do światła i przemieszczane do najądrza, małej, zwiniętej rurki znajdującej się między tylną częścią jądra a nasieniowodem. Tutaj plemniki stają się ruchliwe lub zdolne do samodzielnego poruszania się i gotowe do wytrysku do samicy podczas seksu.