La fecondazione è il processo in cui i gameti (un uovo e uno sperma) si fondono per formare un zigote (Figura 13.8). Per garantire che la prole abbia un solo set diploide completo di cromosomi, solo uno spermatozoo deve fondersi con un uovo. Nei mammiferi, uno strato chiamato zona pellucida protegge l’uovo. Sulla punta della testa di uno spermatozoo c’è una struttura simile a un lisosoma chiamato acrosoma, che contiene enzimi. Quando uno spermatozoo si lega alla zona pellucida, si verifica una serie di eventi, chiamati reazioni acrosomiali. Queste reazioni, che coinvolgono gli enzimi dell’acrosoma, consentono alla membrana plasmatica dello sperma di fondersi con la membrana plasmatica dell’uovo e consentono al nucleo dello sperma di trasferirsi nell’ovulo. Le membrane nucleari dell’uovo e dello sperma si rompono e i due nuclei aploidi si fondono per formare un nucleo diploide o genoma.
Per garantire che non più di uno sperma feconda l’uovo, una volta che le reazioni acrosomiali avvengono in una posizione della membrana dell’uovo, l’uovo rilascia proteine in altre posizioni per impedire ad altri spermatozoi di fondersi con l’uovo.
Inizia lo sviluppo di organismi multicellulari da questo zigote unicellulare, che subisce una rapida divisione cellulare, chiamata clivaggio (Figura 13.9 a), per formare una sfera vuota di cellule chiamata blastula (Figura 13.9 b).
Nei mammiferi, la blastula forma la blastocisti nella fase successiva dello sviluppo. Qui le cellule della blastula si dispongono in due strati: la massa cellulare interna e uno strato esterno chiamato trofoblasto. La massa cellulare interna andrà a formare l’embrione. Il trofoblasto secerne gli enzimi che consentono l’impianto della blastocisti nell’endometrio dell’utero. Il trofoblasto contribuirà alla placenta e nutrirà l’embrione.
Concetto in azione
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le cellule della blastula si riorganizzano quindi spazialmente per formare tre strati di cellule. Questo processo è chiamato gastrulazione. Durante la gastrulazione, la blastula si ripiega su se stessa e le cellule migrano per formare i tre strati di cellule (Figura 13.10) in una struttura, la gastrula, con uno spazio cavo che diventerà il tratto digerente. Ciascuno degli strati di cellule è chiamato strato germinale e si differenzia in diversi sistemi di organi.
I tre strati germinali sono l’endoderma, il ectoderma e mesoderma. Le cellule di ogni strato germinale si differenziano in tessuti e organi embrionali. L’ectoderma dà origine al sistema nervoso e all’epidermide, tra gli altri tessuti. Il mesoderma dà origine alle cellule muscolari e al tessuto connettivo del corpo. L’endoderma dà origine all’intestino e a molti organi interni.
Organogenesi
La gastrulazione porta alla formazione dei tre strati germinali che durante l’ulteriore sviluppo danno origine ai diversi organi dell’animale corpo. Questo processo è chiamato organogenesi.
Gli organi si sviluppano dagli strati germinali attraverso il processo di differenziazione. Durante la differenziazione, le cellule staminali embrionali esprimono serie specifiche di geni che determineranno il loro tipo cellulare finale. Ad esempio, alcune cellule dell’ectoderma esprimeranno i geni specifici delle cellule della pelle. Di conseguenza, queste cellule assumeranno la forma e le caratteristiche delle cellule epidermiche.Il processo di differenziazione è regolato da segnali chimici posizione-specifici provenienti dall’ambiente embrionale della cellula che mettono in gioco una cascata di eventi che regolano l’espressione genica.