La formazione dello spermatozoo inizia con la pubertà e continua per tutta la vita.
Il processo mediante il quale si formano gli spermatozoi è chiamato spermatogenesi; inizia con la pubertà e continua per tutta la vita. Gli spermatozoi sono costituiti da strutture primarie che contengono il materiale genetico e quello che ne garantiscono la motilità.
La testa dello spermatozoo contiene il nucleo e una vescica enzimatica che facilita la penetrazione nell'ovulo. La coda è costituita da microtubuli e fibre che, al confine tra la coda e la parte intermedia, sono circondate da mitocondri che forniscono l'energia necessaria per la mobilità dello spermatozoo.
La spermatogenesi avviene nei testicoli, sotto l'azione di cinque ormoni: testosterone, ormone luteinizzante, ormone stimolante follicolo, ormone dell'estrogeno e ormone della crescita. L'ultima fase della maturazione dello spermatozoo viene eseguita nel tratto genitale femminile dopo la copulazione, mediata da cellule follicolari intorno all'ovulo.
Ogni giorno, entrambi i testicoli producono tra 100 e 300 milioni di spermatozoi che vengono immagazzinati nelle vesciche seminali e rimangono nonostante si verifichino diverse eiaculazioni. Al fine di mantenere la capacità fertilizzante dello spermatozoo, è necessario che a livello delle vescicole seminali ci sia una concentrazione ottimale di testosterone e una temperatura scrotale inferiore a quella del del corpo.
Dopo 72 giorni dall'inizio della spermatogenesi, lo spermatozoo maturo raggiunge il livello della coda dell'epididimi (il luogo in cui i canali trasportano il liquido seminale nella parte posteriore dei testicoli). La mobilità dello spermatozoo si ottiene quando raggiunge la fine dell'epididimi, a contatto con il liquido seminale. Per coprire l'intera epididimi, lo spermatozoo impiega dai 2 ai 12 giorni. Rimangono a questo livello tra 18-24 ore, qui si sviluppa la mobilità.
Il liquido seminale è un gel in cui gli spermatozoi sono uniti in gruppi. Durante l'eiaculazione, il liquido seminale con gli spermatozoi raggiunge il vas deferens e l'uretra, dove si mescola con le secrezioni delle vescicole seminali, le ghiandole prostatiche e la bulbouretra. Il ruolo di queste secrezioni è quello di garantire il supporto nutrizionale agli spermatozoi lungo il percorso intrapreso.
L'eiaculazione rimuove circa 3 ml di liquido seminale contenente fino a 300 milioni di spermatozoi.
Il liquido seminale ha un pH alcalino che protegge lo spermatozoo rivestito con semplici proteine di base, dall'acidità dell'ambiente vaginale. La maggior parte degli spermatozoi sono immobilizzati da questa acidità vaginale nelle prime 2 ore dopo l'eiaculazione. Si tratta di un meccanismo protettivo contro la fecondazione con spermatozoi di bassa qualità.
Circa 300.000.000 di spermatozoi raggiungono la vagina, ma solo 100 raggiungono l'ovulo, e di questi, solo uno lo feconderà.
A causa delle loro caratteristiche, l'ambiente vaginale e la cervice sono una barriera per i microrganismi, ad eccezione degli spermatozoi. Durante l'ovulazione, il muco cervicale è costituito da una serie di canali che conducono lo spermatozoo all'orifizio interno del canale cervicale nella cavità uterina. In questi canali lo spermatozoo si muove attivamente, incontrando una certa resistenza destinata a fermare lo spermatozoo debole e per garantire la fecondazione con lo spermatozoo più forte. A volte il muco può contenere anticorpi che immobilizzano lo spermatozoo e questo può essere una rara causa di infertilità.
La composizione del muco cervicale cambia durante il ciclo mestruale di una donna, favorendo in alcuni casi il movimento dello spermatozoo, e a volte rendendolo più difficile. Nel giorno dell'ovulazione si manifestano le condizioni più favorevoli per la sopravvivenza dello spermatozoo.
Lo spermatozoo raggiunge l'ovulo guidato dal chemiotattismo - le cellule uovo e follicolari rilasciano una serie di sostanze chimiche che attireranno lo spermatozoo. Durante il percorso dello spermatozoo il liquido seminale non si protegge più dal pH acido e antibatterico, quindi diminuisce rapidamente la sua quantità. Anche se 300 milioni di spermatozoi raggiungono la vagina e 200 rimangono nelle tube di Falloppio, l'ovulo è colpito da soli 100, gli altri muoiono lungo il percorso.
Durante l'orgasmo femminile, l'utero ha contrazioni uterine che permettono agli spermatozoi di raggiungere rapidamente le tube di Falloppio. Il tempo necessario allo spermatozoo per transitare attraverso il tratto genitale femminile alle tube di Falloppio è tra 5 e 68 minuti dopo l'eiaculazione. Dopo 20-30 minuti dall'eiaculazione, avviene il fenomeno della liquefazione del liquido seminale, quindi lo spermatozoo ha la possibilità di muoversi per la fecondazione. In alcuni casi, lo spermatozoo che per primo ha viaggiato nelle tube di Falloppio può perdere la sua capacità di concepire, e quelli che sopraggiungono più lentamente possono avere maggiore capacità e durata per la fertilizzazione. Nelle tube di Falloppio, lo sperma può essere vitale per 80 ore dopo l'eiaculazione.
L'effettiva fecondazione dell'ovulo si ottiene solo dopo che lo spermatozoo subisce due processi: potenziamento e reazione acrosomica. Attraverso il potenziamento lo spermatozoo diventa iperreattivo, e il suo movimento diventa più efficace e veloce per fecondare l'ovulo. Questo stato dura circa 7 ore. Il secondo processo avviene nella membrana esterna dell'ovulo che rilascia delle sostanze chimiche che favoriranno la fecondazione dell'ovulo.
Dopo che la testa dello spermatozoo entra nell'ovulo, la sua coda si stacca. All'interno si formano due pronuclei, ognuno contenente 23 cromosomi, che si fondono, formando così lo zigote.
Dopo 42 settimane, il bambino incontrerà i suoi genitori.