Bemesting is het proces waarbij gameten (een ei en sperma) samensmelten om een zygote (Figuur 13.8). Om ervoor te zorgen dat het nageslacht slechts één complete diploïde set chromosomen heeft, moet slechts één sperma samensmelten met één ei. Bij zoogdieren beschermt een laag genaamd de zona pellucida het ei. Aan het uiteinde van de kop van een zaadcel bevindt zich een structuur zoals een lysosoom, het acrosoom genaamd, dat enzymen bevat. Wanneer een sperma zich bindt aan de zona pellucida, vindt een reeks gebeurtenissen plaats, de acrosomale reacties genaamd. Deze reacties, waarbij enzymen uit het acrosoom betrokken zijn, zorgen ervoor dat het plasmamembraan van het sperma fuseert met het plasmamembraan van het ei en laat de spermakern over in de eicel. De nucleaire membranen van het ei en het sperma worden afgebroken en de twee haploïde kernen smelten samen om een diploïde kern of genoom te vormen.
Om ervoor te zorgen dat niet meer dan één sperma bevrucht het ei, zodra de acrosomale reacties plaatsvinden op één locatie van het eimembraan, geeft het ei eiwitten af op andere locaties om te voorkomen dat ander sperma fuseert met het ei.
De ontwikkeling van meercellige organismen begint uit deze eencellige zygoot, die een snelle celdeling ondergaat, splitsing genaamd (figuur 13.9 a), om een holle bal van cellen te vormen die een blastula wordt genoemd (figuur 13.9 b).
Bij zoogdieren vormt de blastula de blastocyst in de volgende ontwikkelingsfase. Hier rangschikken de cellen in de blastula zichzelf in twee lagen: de binnenste celmassa en een buitenste laag die de trofoblast wordt genoemd. De binnenste celmassa zal verder gaan om het embryo te vormen. De trofoblast scheidt enzymen af die de implantatie van de blastocyst in het endometrium van de baarmoeder mogelijk maken. De trofoblast zal bijdragen aan de placenta en het embryo voeden.
Concept in actie
Bezoek het Virtual Human Embryo-project op de Endowment for Human Development-site om door een interactief beeld van de stadia van embryo-ontwikkeling te klikken, inclusief microfoto’s en roterende 3D-afbeeldingen.
De cellen in de blastula herschikken zichzelf vervolgens ruimtelijk om drie lagen cellen te vormen. Dit proces wordt gastrulatie genoemd. Tijdens gastrulatie vouwt de blastula zich in zichzelf en cellen migreren om de drie cellagen te vormen (figuur 13.10) in een structuur, de gastrula, met een holle ruimte die het spijsverteringskanaal wordt. Elk van de cellagen wordt een kiemlaag genoemd en zal differentiëren in verschillende orgaansystemen.
De drie kiemlagen zijn het endoderm, de ectoderm en het mesoderm. Cellen in elke kiemlaag differentiëren tot weefsels en embryonale organen. Het ectoderm geeft aanleiding tot onder meer het zenuwstelsel en de epidermis. Het mesoderm geeft aanleiding tot de spiercellen en het bindweefsel in het lichaam. Het endoderm geeft aanleiding tot de darm en vele inwendige organen.
Organogenese
Gastrulatie leidt tot de vorming van de drie kiemlagen die tijdens de verdere ontwikkeling aanleiding geven tot de verschillende organen in het dier lichaam. Dit proces wordt organogenese genoemd.
Organen ontwikkelen zich vanuit de kiemlagen door het proces van differentiatie. Tijdens differentiatie brengen de embryonale stamcellen specifieke sets genen tot expressie die hun uiteindelijke celtype zullen bepalen. Sommige cellen in het ectoderm zullen bijvoorbeeld de genen tot expressie brengen die specifiek zijn voor huidcellen. Hierdoor zullen deze cellen de vorm en kenmerken aannemen van epidermale cellen.Het differentiatieproces wordt gereguleerd door locatiespecifieke chemische signalen uit de embryonale omgeving van de cel die een cascade van gebeurtenissen op gang brengt die genexpressie reguleren.