Zapłodnienie to proces, w którym gamety (jajeczko i nasienie) łączą się, tworząc zygota (rysunek 13.8). Aby zapewnić potomstwo tylko jeden kompletny diploidalny zestaw chromosomów, tylko jeden plemnik musi połączyć się z jednym jajkiem. U ssaków warstwa zwana zona pellucida chroni jajo. Na czubku głowy plemnika znajduje się struktura podobna do lizosomu zwana akrosomem, która zawiera enzymy. Kiedy plemnik wiąże się z warstwą przezroczystą, zachodzi seria zdarzeń, zwanych reakcjami akrosomalnymi. Reakcje te, z udziałem enzymów z akrosomu, pozwalają błonie plazmatycznej plemnika na połączenie się z błoną plazmatyczną jaja i pozwalają jądru plemnika na przeniesienie do komórki jajowej. Błony jądrowe jaja i plemników rozpadają się, a dwa haploidalne jądra łączą się, tworząc diploidalne jądro lub genom.
Aby upewnić się, że nie więcej niż jeden plemnik zapładnia jajo, gdy reakcje akrosomalne zachodzą w jednym miejscu błony jajowej, jajo uwalnia białka w innych miejscach, aby zapobiec fuzji innych plemników z jajkiem.
Rozpoczyna się rozwój organizmów wielokomórkowych z tej jednokomórkowej zygoty, która ulega szybkiemu podziałowi komórkowemu, zwanemu rozszczepieniem (rysunek 13.9 a), tworząc pustą kulę komórek zwaną blastulą (rysunek 13.9 b).
U ssaków blastula tworzy blastocystę na kolejnym etapie rozwoju. Tutaj komórki w blastuli układają się w dwie warstwy: wewnętrzną masę komórkową i warstwę zewnętrzną zwaną trofoblastem. Wewnętrzna masa komórek będzie dalej tworzyć zarodek. Trofoblast wydziela enzymy, które umożliwiają implantację blastocysty do endometrium macicy. Trofoblast wpłynie na łożysko i odżywi zarodek.
Koncepcja w działaniu
Odwiedź projekt Virtual Human Embryo w witrynie Endowment for Human Development, aby przejrzeć interaktywne etapy rozwoju zarodka, w tym mikrofotografie i obracające się obrazy 3D.
komórki w blastuli następnie przestawiają się przestrzennie, tworząc trzy warstwy komórek. Ten proces nazywa się gastrulacją. Podczas gastrulacji blastula zwija się sama, a komórki migrują, tworząc trzy warstwy komórek (ryc. 13.10) w strukturze gastruli z pustą przestrzenią, która stanie się przewodem pokarmowym. Każda z warstw komórek nazywana jest listkiem zarodkowym i będzie różnicować się w różne układy narządów.
Trzy listki zarodkowe to endoderma, ektoderma i mezoderma. Komórki każdego listka zarodkowego różnicują się w tkanki i narządy embrionalne. Z ektodermy powstaje, między innymi, układ nerwowy i naskórek. Mezoderma daje początek komórkom mięśniowym i tkance łącznej w organizmie. Z endodermy powstają jelita i wiele narządów wewnętrznych.
Organogeneza
Gastrulacja prowadzi do powstania trzech listków zarodkowych, które podczas dalszego rozwoju prowadzą do powstania różnych narządów zwierzęcia ciało. Ten proces nazywa się organogenezą.
Narządy rozwijają się z listków zarodkowych w procesie różnicowania. Podczas różnicowania zarodkowe komórki macierzyste wyrażają określone zestawy genów, które określą ich ostateczny typ komórki. Na przykład niektóre komórki ektodermy będą wyrażać geny specyficzne dla komórek skóry. W rezultacie komórki te przyjmą kształt i właściwości komórek naskórka.Proces różnicowania jest regulowany przez specyficzne dla lokalizacji sygnały chemiczne ze środowiska embrionalnego komórki, które uruchamiają kaskadę zdarzeń regulujących ekspresję genów.