1 эктодерма 2 энтодерма 3 мезодерма: Using multiomics to define the mammalian primary germ layers

13.2 Развитие и органогенез – Концепции биологии – 1-е канадское издание

Глава 13: Введение в репродукцию и развитие животных

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять, как эмбрион формируется из зиготы
• Обсудите роль дробления и гаструляции в развитии животных
• Описать органогенез

Процесс, посредством которого организм развивается из одноклеточной зиготы в многоклеточный организм, сложен и хорошо регулируется. Регуляция происходит посредством передачи сигналов между клетками и тканями и ответов в виде дифференциальной экспрессии генов.

Оплодотворение — это процесс, при котором гаметы (яйцеклетка и сперматозоид) сливаются, образуя зиготу (рис. 13.8). Чтобы у потомства был только один полный диплоидный набор хромосом, только один сперматозоид должен слиться с одной яйцеклеткой. У млекопитающих яйцеклетку защищает слой, называемый zona pellucida. На кончике головки сперматозоида находится структура, похожая на лизосому, называемая акросомой, которая содержит ферменты.

Когда сперматозоид связывается с блестящей оболочкой, происходит ряд событий, называемых акросомальными реакциями. Эти реакции с участием ферментов акросомы позволяют плазматической мембране сперматозоида слиться с плазматической мембраной яйцеклетки и позволяют ядру спермия перейти в яйцеклетку. Ядерные мембраны яйцеклетки и сперматозоида разрушаются, и два гаплоидных ядра сливаются, образуя диплоидное ядро ​​или геном.

Рис. 13.8. Оплодотворение — это процесс, при котором сперматозоид и яйцеклетка сливаются, образуя зиготу. (кредит: данные масштабной линейки от Мэтта Рассела)

Чтобы гарантировать, что не более одного спермия оплодотворит яйцеклетку, как только акросомальные реакции происходят в одном месте яйцевой оболочки, яйцеклетка высвобождает белки в других местах, чтобы предотвратить другие сперматозоиды. сливаясь с яйцом.

Развитие многоклеточных организмов начинается с этой одноклеточной зиготы, которая претерпевает быстрое клеточное деление, называемое дроблением (рис. 13.9). a ), образуя полый шар из клеток, называемый бластулой (рис. 13.9  b ).

Рис. 13.9 (а) Во время дробления зигота быстро делится на множество клеток. (b) Клетки перестраиваются, образуя полый шар, называемый бластулой. (кредит a: модификация работы «Анатомии Грея»; кредит b: модификация работы Пирсона Скотта Форесмана; пожертвовано Фонду Викимедиа)

У млекопитающих бластула образует бластоцисту на следующей стадии развития. Здесь клетки бластулы располагаются в два слоя: внутренняя клеточная масса и внешний слой, называемый трофобластом. Внутренняя клеточная масса будет формировать зародыш. Трофобласт секретирует ферменты, которые позволяют имплантировать бластоцисту в эндометрий матки. Трофобласт будет способствовать образованию плаценты и питать эмбрион.

Концепция в действии

Посетите проект «Виртуальный человеческий эмбрион» на сайте Фонда развития человека, чтобы просмотреть интерактивную информацию об этапах развития эмбриона, включая микрофотографии и вращающиеся трехмерные изображения.

Клетки бластулы затем пространственно перестраиваются, образуя три слоя клеток. Этот процесс называется гаструляцией. Во время гаструляции бластула сворачивается, и клетки мигрируют, образуя три слоя клеток (рис. 13.10) в структуре, гаструле, с полым пространством, которое станет пищеварительным трактом. Каждый из слоев клеток называется зародышевым слоем и будет дифференцироваться в разные системы органов.

Рис. 13.10. Гаструляция — это процесс, при котором клетки бластулы перестраиваются, образуя зародышевые листки. (кредит: модификация работы Эбигейл Пайн)

Три зародышевых листка — это энтодерма, эктодерма и мезодерма. Клетки каждого зародышевого листка дифференцируются в ткани и зародышевые органы. Эктодерма дает начало нервной системе и эпидермису, среди других тканей. Мезодерма дает начало мышечным клеткам и соединительной ткани в организме. Энтодерма дает начало кишечнику и многим внутренним органам.

Органогенез

Гаструляция приводит к образованию трех зародышевых листков, которые в ходе дальнейшего развития дают начало различным органам тела животного.

Этот процесс называется органогенезом.

Органы развиваются из зародышевых листков в процессе дифференцировки. Во время дифференцировки эмбриональные стволовые клетки экспрессируют определенные наборы генов, которые определяют их окончательный тип клеток. Например, некоторые клетки эктодермы будут экспрессировать гены, специфичные для клеток кожи. В результате эти клетки приобретут форму и характеристики клеток эпидермиса. Процесс дифференцировки регулируется специфическими для местоположения химическими сигналами из эмбриональной среды клетки, которые запускают каскад событий, регулирующих экспрессию генов.

Ранние стадии эмбрионального развития начинаются с оплодотворения. Процесс оплодотворения строго контролируется, чтобы гарантировать, что только один сперматозоид сливается с одной яйцеклеткой. После оплодотворения зигота делится на бластулу. Бластула, которая у некоторых видов представляет собой полый шар клеток, подвергается процессу, называемому гаструляцией, во время которого формируются три зародышевых листка.

Эктодерма дает начало нервной системе и эпидермальным клеткам кожи, мезодерма дает начало мышечным клеткам и соединительной ткани в организме, а энтодерма дает начало пищеварительной системе и другим внутренним органам. Органогенез – образование органов из зародышевых листков. Каждый зародышевый слой дает начало определенным типам тканей.

Глоссарий

бластоциста:  структура, образующаяся, когда клетки бластулы млекопитающих разделяются на внутренний и внешний слои

гаструляция:  процесс, при котором бластула складывается, образуя три зародышевых листка

внутренняя ячейка масса: внутренний слой клеток бластоцисты, который становится эмбрионом

органогенез: процесс формирования органов в процессе развития

трофобласт:  внешний слой клеток бластоцисты, из которого происходит вклад эмбриона в плаценту

zona pellucida: 

защитный слой вокруг яйцеклетки млекопитающего

Зародышевый слой | Определение, первичные слои и эмбриональное развитие

формирование нервной трубки в пренатальном развитии

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Рихард фон Хертвиг ​​

Похожие темы:

энтодерма эктодерма мезодерма триплобластная клеточная система диплобластная клеточная система

Просмотреть все связанные материалы →

зародышевый слой , любой из трех слоев первичных клеток, формирующихся на самых ранних стадиях эмбрионального развития и состоящий из энтодермы (внутренний слой), эктодермы (внешний слой) и мезодермы (средний слой).

). Зародышевые листки формируются в процессе гаструляции, когда полый клубок клеток, из которых состоит бластула, начинает дифференцироваться в более специализированные клетки, которые располагаются слоями по всему развивающемуся эмбриону. Зародышевые листки представляют собой некоторые из первых клон-специфических (мультипотентных) стволовых клеток (например, клетки, предназначенные для участия в определенных типах тканей, таких как мышцы или кровь) в эмбриональном развитии. Следовательно, каждый зародышевый слой в конечном итоге дает начало определенным типам тканей в организме.

Энтодерма называется так потому, что она является самым внутренним из трех зародышевых листков. Клетки, полученные из энтодермы, в конечном итоге образуют многие внутренние оболочки тела, в том числе оболочки большей части желудочно-кишечного тракта, легких, печени, поджелудочной железы и других желез, открывающихся в желудочно-кишечный тракт, а также некоторых других органов, таких как как верхних отделов мочеполового тракта и женского влагалища.

Клетки энтодермы дают начало определенным органам, в том числе толстой кишке, желудку, кишечнику, легким, печени и поджелудочной железе. Эктодерма, с другой стороны, в конечном итоге образует определенные «внешние оболочки» тела, включая эпидермис (самый внешний слой кожи) и волосы. Эктодерма также является предшественником молочных желез и центральной и периферической нервной системы.

Клетки, происходящие из мезодермы, которая лежит между энтодермой и эктодермой, дают начало всем другим тканям организма, включая дерму кожи, сердце, мышечную систему, мочеполовую систему, кости и костный мозг (и, следовательно, кровь). Мезодерма — это зародышевый слой, который отличает эволюционно более высокие формы жизни (т. е. формы с билатеральной симметрией) от низших форм жизни (т. е. формы тела с радиальной симметрией). Мезодерма позволяет более высокоразвитым организмам иметь внутреннюю полость тела, которая вмещает и защищает органы, омывая их жидкостями и поддерживая их соединительной тканью.