A fertilização é o processo no qual gametas (um óvulo e espermatozóide) se fundem para formar um zigoto (Figura 13.8). Para garantir que a prole tenha apenas um conjunto diplóide completo de cromossomos, apenas um espermatozóide deve se fundir com um óvulo. Nos mamíferos, uma camada chamada zona pelúcida protege o ovo. Na ponta da cabeça de um espermatozóide há uma estrutura semelhante a um lisossoma chamada acrossoma, que contém enzimas. Quando um espermatozóide se liga à zona pelúcida, ocorre uma série de eventos, chamados de reações acrossomais. Essas reações, envolvendo enzimas do acrossomo, permitem que a membrana plasmática do espermatozoide se funda com a membrana plasmática do óvulo e permitem que o núcleo do espermatozoide seja transferido para o óvulo. As membranas nucleares do óvulo e do espermatozóide se rompem e os dois núcleos haplóides se fundem para formar um núcleo diplóide ou genoma.
Para garantir que não mais de um esperma fertiliza o ovo, uma vez que as reações acrossomais ocorrem em um local da membrana do ovo, o ovo libera proteínas em outros locais para evitar que outros espermatozoides se fundam com o ovo.
O desenvolvimento de organismos multicelulares começa a partir desse zigoto unicelular, que sofre rápida divisão celular, chamada clivagem (Figura 13.9 a), para formar uma bola oca de células chamada blástula (Figura 13.9 b).
Em mamíferos, a blástula forma o blastocisto no próximo estágio de desenvolvimento. Aqui, as células da blástula se organizam em duas camadas: a massa celular interna e uma camada externa chamada trofoblasto. A massa celular interna formará o embrião. O trofoblasto secreta enzimas que permitem a implantação do blastocisto no endométrio do útero. O trofoblasto contribuirá para a placenta e nutrirá o embrião.
Conceito em ação
Visite o projeto Embrião Humano Virtual no site Endowment for Human Development para clicar em uma visualização interativa dos estágios do desenvolvimento do embrião, incluindo micrografias e imagens rotativas em 3D.
O as células na blástula então se reorganizam espacialmente para formar três camadas de células. Este processo é denominado gastrulação. Durante a gastrulação, a blástula se dobra sobre si mesma e as células migram para formar as três camadas de células (Figura 13.10) em uma estrutura, a gástrula, com um espaço oco que se tornará o trato digestivo. Cada uma das camadas de células é chamada de camada germinativa e se diferencia em diferentes sistemas orgânicos.
As três camadas germinativas são a endoderme, a ectoderma e o mesoderma. As células em cada camada germinativa se diferenciam em tecidos e órgãos embrionários. O ectoderma dá origem ao sistema nervoso e à epiderme, entre outros tecidos. O mesoderma dá origem às células musculares e ao tecido conjuntivo do corpo. A endoderme dá origem ao intestino e a muitos órgãos internos.
Organogênese
A gastrulação leva à formação das três camadas germinativas que dão origem, durante o desenvolvimento posterior, aos diferentes órgãos do animal corpo. Esse processo é chamado de organogênese.
Os órgãos se desenvolvem a partir das camadas germinativas por meio do processo de diferenciação. Durante a diferenciação, as células-tronco embrionárias expressam conjuntos específicos de genes que determinarão seu tipo de célula final. Por exemplo, algumas células do ectoderma expressarão os genes específicos das células da pele. Como resultado, essas células assumirão a forma e as características de células epidérmicas.O processo de diferenciação é regulado por sinais químicos de localização específica do ambiente embrionário da célula que põe em ação uma cascata de eventos que regula a expressão do gene.