Befrugtning er den proces, hvor gameter (et æg og sæd) smelter sammen for at danne en zygote (figur 13.8). For at sikre, at afkomene kun har et komplet diploid sæt kromosomer, skal kun én sæd smelte sammen med et æg. Hos pattedyr beskytter et lag kaldet zona pellucida ægget. På spidsen af en sædcelle findes en struktur som et lysosom kaldet akrosomet, der indeholder enzymer. Når en sæd binder sig til zona pellucida, finder en række begivenheder, kaldet akrosomale reaktioner, sted. Disse reaktioner, der involverer enzymer fra akrosomet, tillader, at sædplasma-membranen smelter sammen med ægplasma-membranen og tillader sædkernen at overføres til æg. Æggets og sædens kernemembraner nedbrydes, og de to haploide kerner smelter sammen og danner en diploid kerne eller et genom.
For at sikre, at der ikke mere end én sæd befrugter ægget, når først de akrosomale reaktioner finder sted et sted i ægmembranen, frigiver ægget proteiner andre steder for at forhindre, at anden sæd smelter sammen med ægget.
Udviklingen af flercellede organismer begynder fra denne encellede zygote, som gennemgår hurtig celledeling, kaldet spaltning (figur 13.9 a), for at danne en hul kugle af celler kaldet en blastula (figur 13.9 b).
Hos pattedyr danner blastula blastocyst i det næste udviklingsstadium. Her arrangerer cellerne i blastulaen sig i to lag: den indre cellemasse og et ydre lag kaldet trophoblast. Den indre cellemasse fortsætter med at danne fosteret. Trofoblasten udskiller enzymer, der tillader implantation af blastocyst i livmoders endometrium. Trofoblasten bidrager til moderkagen og nærer fosteret.
Koncept i aktion
Besøg det virtuelle humane embryoprojekt på webstedet Endowment for Human Development for at klikke igennem et interaktivt stadium af embryoudviklingen, herunder mikrofotografier og roterende 3D-billeder.
The celler i blastulaen omarrangerer sig derefter rumligt for at danne tre lag celler. Denne proces kaldes gastrulation. Under gastrulation foldes blastulaen ind på sig selv, og celler migrerer for at danne de tre cellelag (figur 13.10) i en struktur, gastrula, med et hulrum, der bliver fordøjelseskanalen. Hvert af cellelagene kaldes et kimlag og vil differentiere sig i forskellige organsystemer.
De tre kimlag er endoderm, den ektoderm og mesoderm. Celler i hvert kimlag adskiller sig i væv og embryonale organer. Ektoderm giver blandt andet nervesystemet og epidermis. Mesoderm giver anledning til muskelceller og bindevæv i kroppen. Endoderm giver tarm og mange indre organer.
Organogenese
Gastrulation fører til dannelsen af de tre kimlag, der under den videre udvikling giver anledning til de forskellige organer i dyret legeme. Denne proces kaldes organogenese.
Organer udvikler sig fra kimlagene gennem differentieringsprocessen. Under differentiering udtrykker de embryonale stamceller specifikke gener af gener, der bestemmer deres ultimative celletype. For eksempel vil nogle celler i ektoderm udtrykke de gener, der er specifikke for hudceller. Som et resultat vil disse celler antage epidermale cellers form og egenskaber.Processen med differentiering reguleres af stedsspecifikke kemiske signaler fra cellens embryonale miljø, der sætter en kaskade af begivenheder i spil, der regulerer genekspression.