Befruktning är den process där gameter (ett ägg och spermier) smälter för att bilda en zygote (Figur 13.8). För att säkerställa att avkomman bara har en komplett diploid uppsättning kromosomer, måste endast en sperma smälta samman med ett ägg. Hos däggdjur skyddar ett lager som kallas zona pellucida ägget. På spetsen av spermiernas huvud finns en struktur som en lysosom som kallas akrosomen, som innehåller enzymer. När en sperma binder till zona pellucida, sker en serie händelser, som kallas akrosomala reaktioner. Dessa reaktioner, som involverar enzymer från akrosomen, gör att spermaplasmamembranet smälter samman med äggplasmamembranet och tillåter spermiekärnan att övergå till ägget. Kärnmembranen i ägget och spermierna bryts ner och de två haploida kärnorna smälter samman och bildar en diploid kärna eller genom.
För att säkerställa att inte mer än en sperma befruktar ägget, när de akrosomala reaktionerna äger rum på ett ställe i äggmembranet, frigör ägget proteiner på andra ställen för att förhindra att andra spermier smälter samman med ägget.
Utvecklingen av flercelliga organismer börjar från denna encelliga zygote, som genomgår snabb celldelning, kallad klyvning (Figur 13.9 a), för att bilda en ihålig boll av celler som kallas en blastula (Figur 13.9 b).
Hos däggdjur bildar blastula blastocysten i nästa utvecklingsstadium. Här ordnar cellerna i blastula sig i två lager: den inre cellmassan och ett yttre skikt som kallas trophoblast. Den inre cellmassan fortsätter och bildar embryot. Trofoblasten utsöndrar enzymer som möjliggör implantation av blastocysten i livmodern. Trofoblasten kommer att bidra till moderkakan och ge näring åt embryot.
Koncept i aktion
Besök Virtual Human Embryo-projektet på webbplatsen Endowment for Human Development för att klicka dig igenom ett interaktivt steg för embryoutveckling, inklusive mikrofotografier och roterande 3D-bilder.
The celler i blastula omorganiseras sedan rumsligt för att bilda tre lager av celler. Denna process kallas gastrulation. Under gastrulation viks blastulaen på sig själv och celler migrerar för att bilda de tre cellskikten (Figur 13.10) i en struktur, gastrula, med ett ihåligt utrymme som blir matsmältningskanalen. Var och en av cellskikten kallas ett groddlager och kommer att differentieras i olika organsystem.
De tre groddskikten är endoderm, den ektoderm och mesoderm. Celler i varje groddskikt differentierar i vävnader och embryonala organ. Ektoderm ger upphov till nervsystemet och epidermis, bland andra vävnader. Mesoderm ger upphov till muskelceller och bindväv i kroppen. Endoderm ger upphov till tarmarna och många inre organ.
Organogenes
Gastrulation leder till bildandet av de tre groddskikten som ger upphov till vidare utveckling av de olika organen i djuret kropp. Denna process kallas organogenes.
Organ utvecklas från groddskikten genom differentieringsprocessen. Under differentiering uttrycker de embryonala stamcellerna specifika uppsättningar gener som bestämmer deras ultimata celltyp. Till exempel kommer vissa celler i ektoderm att uttrycka gener som är specifika för hudceller. Som ett resultat kommer dessa celler att ta form och egenskaper hos epidermala celler.Processen för differentiering regleras av platsspecifika kemiska signaler från cellens embryonala miljö som sätter i gång en kaskad av händelser som reglerar genuttryck.