Η σπερματογένεση είναι η διαδικασία δημιουργίας σπερματοζωαρίων ή ανάπτυξης ανώριμων γεννητικών κυττάρων γνωστών ως σπερματογονία σε ώριμα σπερματοζωάρια που ονομάζονται σπερματοζωάρια. Ένα σπερματοζωάριο είναι το αρσενικό αναπαραγωγικό κύτταρο που γονιμοποιεί το θηλυκό ωάριο κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή. Η ικανότητα αναπαραγωγής ενός αρσενικού εξαρτάται από την υψηλή ποιότητα και ποσότητα σπέρματος. Ως εκ τούτου, η σπερματογένεση συμβαίνει συνεχώς από τη στιγμή της εφηβείας μέχρι το θάνατο. Τα στάδια που περιλαμβάνονται σε αυτή τη διαδικασία είναι η σπερματοκυτταρογένεση, η σπερματογένεση και η σπερμογένεση.
Η σπερματογένεση ξεκινά από τα σπερματογόνα σωληνάρια, τα οποία ανάλογα με τον τύπο τους μοιάζουν με μικρά, ίσια ή στριμμένα νουντλς στους όρχεις. Το εσωτερικό των σπερματοφόρων σωληναρίων είναι επενδεδυμένο με κύτταρα Sertoli και σπερματογονία. Τα κύτταρα Sertoli αναφέρονται συχνά ως κύτταρα «νοσοκόμα» επειδή βοηθούν στην ανάπτυξη του σπέρματος τρώγοντας τα απόβλητα υλικά της σπερματογένεσης και κατευθύνοντας τα κύτταρα μέσω των καναλιών των σωληναρίων.
Κατά τη διάρκεια της σπερματοκυτταρογένεσης, η σπερματογονία διαιρείται μέσω της μίτωσης για να σχηματίσει δύο διπλοειδή κύτταρα που ονομάζονται πρωτογενή σπερματοκύτταρα. Η μίτωση είναι ένας τύπος κυτταρικής διαίρεσης κατά την οποία ένα γονικό κύτταρο αναπτύσσεται και στη συνέχεια χωρίζεται στη μέση για να σχηματίσει δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα. Τα πρωτογενή σπερματοκύτταρα, τα οποία έχουν διπλάσια ποσότητα γενετικού υλικού από ένα φυσιολογικό κύτταρο, πρέπει στη συνέχεια να υποστούν μείωση Ι.
Σε αυτόν τον τύπο διαίρεσης, το γονικό κύτταρο διασπάται για να σχηματίσει δύο διπλοειδή θυγατρικά κύτταρα, τα οποία έχουν τα μισά χρωμοσώματα, ή γενετικό υλικό, ως γονικό κύτταρο. Τα προκύπτοντα δευτερογενή σπερματοκύτταρα, τα οποία έχουν την κανονική ποσότητα χρωμοσωμάτων, πρέπει στη συνέχεια να περάσουν από τη μείωση II για να σχηματίσουν σπερματίδες. Αυτό το σύντομο τμήμα της σπερματογένεσης ονομάζεται σπερματογένεση.
Οι σπερματίδες έχουν μόνο το ήμισυ της συνολικής ποσότητας χρωμοσωμάτων. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν το σπέρμα ενώνεται με το ωάριο, το οποίο περιέχει επίσης μόνο τη μισή ποσότητα των απαραίτητων χρωμοσωμάτων, σχηματίζουν ένα πλήρες σύνολο χρωμοσωμάτων που παράγονται τόσο από το αρσενικό όσο και από το θηλυκό γονίδιο. Η τυχαία μείωση κατά το ήμισυ και το ζευγάρωμα των χρωμοσωμάτων αυξάνει τη γενετική μεταβλητότητα, ένα σημαντικό συστατικό στην εξέλιξη.
Κατά τη διάρκεια της σπερμογένεσης, την τελική φάση της σπερματογένεσης, το σπερματοζωάριο αναπτύσσει μια ουρά και φτάνει στην πλήρη ωρίμανση. Στο πρώτο στάδιο αυτής της διαδικασίας, τη φάση Golgi, το γενετικό υλικό της σπερματοειδούς συσκευάζεται σφιχτά μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν πυρήνα και η σπερματοειδής υφίσταται δομική αλλαγή. Ενώ στο παρελθόν ήταν κυκλικό, το μεσαίο τμήμα αρχίζει να διογκώνεται και το κύτταρο εκτείνεται στο ένα άκρο για να σχηματίσει μια συσκευή Golgi, η οποία δημιουργεί χημικές ουσίες που ονομάζονται ένζυμα. Στη συνέχεια, η συσκευή Golgi περιβάλλει τον πυρήνα για να σχηματίσει ένα ακροσωμικό κάλυμμα κατά τη φάση του καλύμματος. Τα ένζυμα που απελευθερώνονται από το ακροσωμικό κάλυμμα διασπούν το τοίχωμα του θηλυκού ωαρίου κατά τη γονιμοποίηση, επιτρέποντας στον πυρήνα του σπέρματος να εισέλθει στο ωάριο και να ενωθεί με τον πυρήνα του ωαρίου.
Στην επόμενη ακροσωμική φάση, το σπερματοζωάριο αναπτύσσει μια ουρά που το βοηθά να κινηθεί. Το σπερματοζωάριο περιστρέφεται γύρω από το τοίχωμα των σπερματοζωαρίων, έτσι ώστε η ουρά του να είναι στραμμένη προς τον αυλό, ή τον εσωτερικό χώρο, του σωλήνα. Με τη βοήθεια μιας ορμόνης που ονομάζεται τεστοστερόνη, τα κύτταρα Sertoli καταναλώνουν την περίσσεια κυτταρικών υλικών στη φάση της ωρίμανσης. Σε μια άλλη διαδικασία που είναι γνωστή ως σπερματοζωία, τα ώριμα σπερματοζωάρια απελευθερώνονται στον αυλό και προωθούνται στην επιδιδυμίδα, έναν μικρό, τυλιγμένο σωλήνα που βρίσκεται μεταξύ του πίσω μέρους του όρχεως και του αγγείου. Εδώ, το σπέρμα γίνεται κινητικό ή ικανό να κινείται μόνο του και έτοιμο να εκσπερματωθεί στο θηλυκό κατά τη διάρκεια του σεξ.