18.2: Розвиток та органогенез
- Page ID
- 532
Процес, за допомогою якого організм розвивається з одноклітинної зиготи в багатоклітинний організм, складний і добре відрегульований. Регуляція відбувається через сигналізацію між клітинами та тканинами та відповіді у вигляді диференціальної експресії генів.
Ранній ембріональний розвиток
Запліднення - це процес, при якому гамети (яйцеклітина і сперматозоїд) зливаються з утворенням зиготи (рис. \(\PageIndex{1}\)). Щоб у потомства був тільки один повний диплоїдний набір хромосом, тільки один сперматозоїд повинен зростися з однією яйцеклітиною. У ссавців шар, який називається зона пеллюцида, захищає яйце. На кінчику головки сперматозоїда розташована структура, подібна лізосомі, яка називається акросома, яка містить ферменти. Коли сперма зв'язується з зоною pellucida, відбувається низка подій, які називаються акросомальними реакціями. Ці реакції, за участю ферментів з акросоми, дозволяють плазматичній мембрані сперми зливатися з плазматичною мембраною яйцеклітини і дозволяють ядру сперми перенестися в яйцеклітину. Ядерні мембрани яйцеклітини та сперми руйнуються, а два гаплоїдних ядра зливаються, утворюючи диплоїдне ядро або геном.
Щоб забезпечити запліднення яйцеклітини не більше одного сперматозоїда, як тільки акросомальні реакції відбуваються в одному місці оболонки яйцеклітини, яйцеклітина вивільняє білки в інших місцях, щоб запобігти злиттю інших сперматозоїдів з яйцеклітиною.
Розвиток багатоклітинних організмів починається з цієї одноклітинної зиготи, яка піддається швидкому поділу клітин, званому розщепленням (рис. \(\PageIndex{2}\)А), з утворенням порожнистої кулі клітин, званих бластулою (рис. \(\PageIndex{2}\)Б).
У ссавців бластула утворює бластоцисту на наступній стадії розвитку. Тут клітини в бластулі розташовуються в два шари: внутрішня клітинна маса, і зовнішній шар, який називається трофобластом. Внутрішня клітинна маса піде на формування ембріона. Трофобласт виділяє ферменти, що дозволяють імплантувати бластоцисту в ендометрій матки. Трофобласт буде сприяти відходженню плаценти і живити ембріон.
ПОНЯТТЯ В ДІЇ
Відвідайте проект «Віртуальний ембріон людини» на сайті Endowment for Human Development, щоб перейти на інтерактивні етапи розвитку ембріона, включаючи мікрофотографії та обертові 3-D зображення.
Клітини в бластулі потім переставляються просторово, утворюючи три шари клітин. Цей процес називається гаструляцией. Під час гаструляції бластула складається на собі і клітини мігрують, утворюючи три шари клітин (малюнок \(\PageIndex{3}\)) у структурі, гаструла, з порожнистим простором, який стане травним трактом. Кожен з шарів клітин називається зародковим шаром і буде диференціюватися в різні системи органів.
Три зародкові шари - це ентодерма, ектодерма та мезодерма. Клітини в кожному зародковому шарі диференціюються на тканини і ембріональні органи. Ектодерма породжує нервову систему та епідерміс, серед інших тканин. Мезодерма дає початок м'язових клітин і сполучної тканини в організмі. Ентодерма дає початок кишечнику і багатьом внутрішнім органам.
Органогенез
Гаструляція призводить до утворення трьох зародкових шарів, які породжують під час подальшого розвитку різні органи в організмі тварини. Цей процес називається органогенезом.
Органи розвиваються з зародкових шарів через процес диференціації. Під час диференціації ембріональні стовбурові клітини експресують специфічні набори генів, які визначатимуть їх кінцевий тип клітин. Наприклад, деякі клітини в ектодермі будуть виражати гени, специфічні для клітин шкіри. В результаті ці клітини приймуть форму і характеристики клітин епідермісу. Процес диференціювання регулюється специфічними для місця розташування хімічними сигналами з ембріонального середовища клітини, що створює каскад подій, що регулює експресію генів.
Резюме
Ранні стадії ембріонального розвитку починаються з запліднення. Процес запліднення жорстко контролюється для того, щоб тільки один сперматозоїд злився з однією яйцеклітиною. Після запліднення зигота піддається розщепленню з утворенням бластули. Бластула, яка у деяких видів є порожнистим кулькою клітин, піддається процесу, званому гаструляцією, під час якого утворюються три зародкові шари. Ектодерма дає початок нервовій системі і клітинам шкіри епідермісу, мезодерма дає початок м'язовим клітинам і сполучної тканини в організмі, а ентодерма дає початок травній системі та іншим внутрішнім органам. Органогенез - це утворення органів з зародкових шарів. Кожен зародковий шар породжує певні типи тканин.
Глосарій
- бластоциста
- структура формується, коли клітини в бластулі ссавців розділені на внутрішній і зовнішній шар
- гаструляція
- процес, в якому бластула складки над собою, щоб сформувати три шари зародка
- внутрішня клітинна маса
- внутрішній шар клітин в бластоцисти, який стає зародком
- органогенез
- процес формування органу під час розвитку
- трофобласт
- зовнішній шар клітин бластоцисти, що породжує внесок ембріона в плаценту
- Пелюціда зона
- захисний шар навколо яйцеклітини ссавців