Befruktning er prosessen der kjønnsceller (et egg og sæd) smelter sammen for å danne en zygote (figur 13.8). For å sikre at avkommet bare har ett komplett diploid sett med kromosomer, må bare én sæd smelte sammen med ett egg. Hos pattedyr beskytter et lag kalt zona pellucida egget. På spissen av hodet til en sædcelle er en struktur som et lysosom kalt akrosom, som inneholder enzymer. Når en sæd binder seg til zona pellucida, finner en rekke hendelser, kalt akrosomale reaksjoner, sted. Disse reaksjonene, som involverer enzymer fra akrosomet, lar sædplasmamembranen smelte sammen med eggplasmamembranen og tillater sædkjernen å overføres til egget. Kjernemembranene i egg og sæd brytes ned og de to haploide kjernene smelter sammen og danner en diploid kjerne eller genom.
For å sikre at ikke mer enn én sæd befruktet egget, når de akrosomale reaksjonene finner sted på et sted i eggmembranen, frigjør egget proteiner andre steder for å forhindre at andre sædceller smelter sammen med egget.
Utviklingen av flercellede organismer begynner fra denne encellede zygoten, som gjennomgår rask celledeling, kalt spalting (Figur 13.9 a), for å danne en hul ball av celler kalt en blastula (Figur 13.9 b).
Hos pattedyr danner blastula blastocysten i neste utviklingsstadium. Her ordner cellene i blastula seg i to lag: den indre cellemassen, og et ytre lag kalt trophoblast. Den indre cellemassen vil fortsette å danne embryoet. Trofoblasten skiller ut enzymer som tillater implantasjon av blastocyst i livmorhalsen. Trofoblasten vil bidra til morkaken og gi næring til fosteret.
Konsept i aksjon
Besøk Virtual Human Embryo-prosjektet på nettstedet Endowment for Human Development for å klikke deg gjennom et interaktivt stadium av embryoutviklingen, inkludert mikrofotografier og roterende 3D-bilder.
The celler i blastulaen omorganiserer seg deretter romlig for å danne tre lag av celler. Denne prosessen kalles gastrulering. Under gastrulering brettes blastulaen inn i seg selv, og cellene vandrer for å danne de tre cellelagene (figur 13.10) i en struktur, gastrulaen, med et hulrom som blir fordøyelseskanalen. Hvert av cellelagene kalles et kimlag og vil skille seg ut i forskjellige organsystemer.
De tre kimlagene er endoderm, den ektoderm og mesoderm. Celler i hvert bakterielag skiller seg ut i vev og embryonale organer. Ektoderm gir blant annet nervesystemet og epidermis. Mesoderm gir opphav til muskelceller og bindevev i kroppen. Endoderm gir tarm og mange indre organer.
Organogenese
Gastrulering fører til dannelsen av de tre kimlagene som gir opphav til videre utvikling av de forskjellige organene i dyret kropp. Denne prosessen kalles organogenese.
Organer utvikler seg fra kimlagene gjennom prosessen med differensiering. Under differensiering uttrykker de embryonale stamcellene spesifikke sett med gener som vil bestemme deres ultimate celletype. For eksempel vil noen celler i ektoderm uttrykke gener som er spesifikke for hudceller. Som et resultat vil disse cellene få formen og egenskapene til epidermale celler.Prosessen med differensiering reguleres av stedsspesifikke kjemiske signaler fra cellens embryonale miljø som setter i gang en kaskade av hendelser som regulerer genuttrykk.