Informație

43.6: Fertilizarea și dezvoltarea embrionară timpurie - Biologie


Abilități de dezvoltat

  • Discutați despre modul în care are loc fertilizarea
  • Explicați cum se formează embrionul din zigot
  • Discutați despre rolul decolteului și gastrulării în dezvoltarea animalelor

Procesul în care un organism se dezvoltă de la un zigot unicelular la un organism pluricelular este complex și bine reglementat. Primele etape ale dezvoltării embrionare sunt, de asemenea, cruciale pentru asigurarea fitnessului organismului.

Fertilizare

Fertilizarea, ilustrată în Figura ( PageIndex {1} ) a este procesul în care gametii (un ovul și spermatozoizii) fuzionează pentru a forma un zigot. Oul și sperma conțin fiecare câte un set de cromozomi. Pentru a se asigura că descendenții au un singur set complet de cromozomi diploizi, un singur spermă trebuie să fuzioneze cu un singur ou. La mamifere, oul este protejat de un strat de matrice extracelulară constând în principal din glicoproteine ​​numite zona pellucida. Când un spermă se leagă de zona pelucidă, au loc o serie de evenimente biochimice, numite reacții acrosomale. La mamiferele placentare, acrosomul conține enzime digestive care inițiază degradarea matricei glicoproteice protejând oul și permițând membranei plasmatice a spermei să se contopească cu membrana plasmatică a ovulului, așa cum este ilustrat în Figura ( PageIndex {1} ) b. Fuziunea acestor două membrane creează o deschidere prin care nucleul spermei este transferat în ovul. Membranele nucleare ale ovulului și spermatozoizilor se descompun și cei doi genomi haploizi se condensează pentru a forma un genom diploid.

Pentru a se asigura că nu mai mult de un spermă fertilizează ovulul, odată ce reacțiile acrosomale au loc într-o locație a membranei ovulului, ovulul eliberează proteine ​​în alte locații pentru a preveni fuziunea altor spermatozoizi cu ovulul. Dacă acest mecanism eșuează, spermatozoizii multipli se pot contopi cu ovulul, rezultând polispermie. Embrionul rezultat nu este viabil din punct de vedere genetic și moare în câteva zile.

Scindarea și etapa Blastula

Dezvoltarea organismelor multi-celulare începe de la un zigot unicelular, care suferă o diviziune celulară rapidă pentru a forma blastula. Rundele rapide, multiple de diviziune celulară sunt denumite clivaj. Scindarea este ilustrată în (Figura ( PageIndex {2} ) a). După ce clivajul a produs peste 100 de celule, embrionul este numit blastula. Blastula este de obicei un strat sferic de celule (blastodermul) care înconjoară o cavitate plină de lichid sau gălbenuș (blastocoelul). Mamiferele în acest stadiu formează o structură numită blastocist, caracterizată printr-o masă celulară internă care este distinctă de blastula din jur, prezentată în Figura ( PageIndex {2} ) b. În timpul clivajului, celulele se divid fără o creștere a masei; adică un zigot unic unicelular se împarte în mai multe celule mai mici. Fiecare celulă din blastulă se numește blastomer.

a b

Figura ( PageIndex {2} ): (a) În timpul clivajului, zigotul se împarte rapid în mai multe celule fără a crește în dimensiune. (b) Celulele se rearanjează pentru a forma o bilă goală cu o cavitate umplută cu lichid sau cu gălbenuș numită blastula. (credit a: modificare a lucrării de Gray’s Anatomy; credit b: modificare a lucrării de Pearson Scott Foresman, donat Fundației Wikimedia)

Clivajul poate avea loc în două moduri: clivaj holoblastic (total) sau clivaj meroblastic (parțial). Tipul de clivaj depinde de cantitatea de gălbenuș din ouă. La mamiferele placentare (inclusiv oamenii) în care hrana este asigurată de corpul mamei, ouăle au o cantitate foarte mică de gălbenuș și suferă un clivaj holoblastic. Alte specii, cum ar fi păsările, cu mult gălbenuș în ou pentru a hrăni embrionul în timpul dezvoltării, suferă clivaj meroblastic.

La mamifere, blastula formează blastocistul în etapa următoare de dezvoltare. Aici celulele din blastulă se aranjează în două straturi: masa celulară interioară și un strat exterior numit trofoblast. Masa celulară internă este, de asemenea, cunoscută sub numele de embrioblast și această masă de celule va continua să formeze embrionul. În acest stadiu de dezvoltare, ilustrat în Figura ( PageIndex {3} ), masa celulară internă constă din celule stem embrionare care se vor diferenția în diferitele tipuri de celule necesare organismului. Trofoblastul va contribui la placentă și va hrăni embrionul.

Link către învățare

Vizitați proiectul Virtual Human Embryo de pe site-ul Endowment for Human Development pentru a trece printr-un interactiv care arată etapele dezvoltării embrionilor, inclusiv micrografii și imagini 3D rotative.

Gastrulare

Blastula tipică este o minge de celule. Următoarea etapă a dezvoltării embrionare este formarea planului corpului. Celulele din blastula se rearanjează spațial pentru a forma trei straturi de celule. Acest proces se numește gastrulație. În timpul gastrulației, blastula se pliază asupra sa pentru a forma cele trei straturi de celule. Fiecare dintre aceste straturi se numește strat de germeni și fiecare strat de germeni se diferențiază în diferite sisteme de organe.

Cele trei straturi de germeni, prezentate în Figura ( PageIndex {4} ), sunt endodermul, ectodermul și mezodermul. Ectodermul dă naștere sistemului nervos și epidermei. Mezodermul dă naștere la celulele musculare și țesutul conjunctiv din corp. Endodermul dă naștere la celule coloane care se găsesc în sistemul digestiv și în multe organe interne.

Conexiune de zi cu zi

Sunt bebelușii designeri în viitorul nostru?

Dacă ai putea să-l împiedici pe copilul tău să sufere o boală genetică devastatoare, ai face-o? Ați selecta sexul copilului dvs. sau ați alege pentru atractivitatea, forța sau inteligența lor? Cât de departe ați merge pentru a maximiza posibilitatea rezistenței la boli? Ingineria genetică a unui copil uman, producția de „bebeluși designeri” cu caracteristici fenotipice dezirabile, a fost odată un subiect limitat la science fiction. Acesta nu mai este cazul: ficțiunea științifică se suprapune acum asupra faptelor științifice. Multe alegeri fenotipice pentru descendenți sunt deja disponibile, cu multe mai multe șanse să fie posibile într-un viitor nu prea îndepărtat. Ce trăsături ar trebui selectate și cum ar trebui să fie selectate sunt subiecte de mare dezbatere în cadrul comunității medicale din întreaga lume. Linia etică și morală nu este întotdeauna clară sau convenită, iar unii se tem că tehnologiile moderne de reproducere ar putea duce la o nouă formă de eugenie.

Eugenia este utilizarea informațiilor și tehnologiei dintr-o varietate de surse pentru a îmbunătăți structura genetică a rasei umane. Obiectivul creării unor oameni superiori din punct de vedere genetic a fost destul de răspândit (deși controversat) în mai multe țări la începutul secolului al XX-lea, dar a căzut în descredere atunci când Germania nazistă a dezvoltat un amplu program de eugenie în anii 1930 și 40. Ca parte a programului lor, naziștii au sterilizat cu forța sute de mii de așa-numiții „improprii” și au ucis zeci de mii de persoane cu dizabilități instituționale ca parte a unui program sistematic de dezvoltare a unei rase superioare genetic de germani cunoscuți sub numele de arieni. De atunci, ideile eugenice nu au mai fost exprimate la fel de public, dar există încă cine le promovează.

În trecut s-au făcut eforturi pentru a controla trăsăturile la copiii umani folosind spermatozoizi donați de la bărbați cu trăsături dorite. De fapt, eugenicistul Robert Klark Graham a înființat în 1980 o bancă de spermă care includea eșantioane exclusiv de la donatori cu un IQ ridicat. Banca de spermă „genială” nu a reușit să capteze imaginația publicului și operațiunea sa încheiat în 1999.

În vremuri mai recente, a fost dezvoltată procedura cunoscută sub numele de diagnostic genetic prenatal (PGD). PGD ​​implică screeningul embrionilor umani ca parte a procesului de fertilizare in vitro, în timpul căruia embrionii sunt concepuți și crescuți în afara corpului mamei pentru o perioadă de timp înainte de a fi implantați. Termenul PGD se referă de obicei atât la diagnostic, selecție, cât și la implantarea embrionilor selectați.

În cea mai puțin controversată utilizare a PGD, embrionii sunt testați pentru prezența alelelor care provoacă boli genetice, cum ar fi boala cu celule secera, distrofia musculară și hemofilia, în care a fost identificată o singură alelă care cauzează boala sau o pereche de alele. Prin excluderea embrionilor care conțin aceste alele de la implantarea în mamă, boala este prevenită, iar embrionii neutilizați sunt fie donați științei, fie aruncați. Există relativ puțini în comunitatea medicală din întreaga lume care pun sub semnul întrebării etica acestui tip de procedură, care permite persoanelor speriate să aibă copii din cauza alelelor pe care le poartă să facă acest lucru cu succes. Limita majoră a acestei proceduri este cheltuiala sa. De obicei nu sunt acoperite de asigurări medicale și, prin urmare, nu sunt la îndemâna financiar pentru majoritatea cuplurilor, doar un procent foarte mic din toate nașterile vii utilizează astfel de metodologii complicate. Cu toate acestea, chiar și în astfel de cazuri în care problemele etice pot părea clare, nu toată lumea este de acord cu moralitatea acestor tipuri de proceduri. De exemplu, pentru cei care iau poziția că viața umană începe de la concepție, aruncarea embrionilor neutilizați, un rezultat necesar al PGD, este inacceptabilă în niciun caz.

O situație etică mai tulbure se găsește în selectarea sexului unui copil, care este ușor de realizat de PGD. În prezent, țări precum Marea Britanie au interzis selectarea sexului unui copil din alte motive decât prevenirea bolilor legate de sex. Alte țări permit procedura „echilibrului familial”, bazată pe dorința unor părinți de a avea cel puțin un copil din fiecare sex. Alții încă, inclusiv Statele Unite, au adoptat o abordare dispersată a reglementării acestor practici, lăsând în esență medicului practicant să decidă care practici sunt acceptabile și care nu.

Chiar și mai tulburi sunt cazuri rare de părinți cu dizabilități, cum ar fi cei cu surditate sau nanism, care selectează embrioni prin PGD pentru a se asigura că împărtășesc handicapul lor. Acești părinți citează de obicei multe aspecte pozitive ale dizabilităților și culturii asociate ca motive pentru alegerea lor, pe care le consideră drept dreptul lor moral. Pentru alții, a provoca în mod intenționat un handicap la un copil încalcă principiul medical de bază al Primum non nocere, „mai întâi, nu face rău”. Această procedură, deși nu este ilegală în majoritatea țărilor, demonstrează complexitatea problemelor etice asociate alegerii trăsăturilor genetice la descendenți.

Unde ar putea duce acest proces? Va deveni această tehnologie mai accesibilă și cum ar trebui utilizată? Având în vedere capacitatea tehnologiei de a progresa rapid și imprevizibil, lipsa unor linii directoare definitive pentru utilizarea tehnologiilor de reproducere înainte ca acestea să apară ar putea face dificilă legiuitorilor să țină pasul odată ce acestea sunt de fapt realizate, presupunând că procesul are nevoie de orice reglementare guvernamentală . Alți bioeticieni susțin că ar trebui să ne ocupăm doar de tehnologiile care există acum și nu într-un viitor incert. Aceștia susțin că aceste tipuri de proceduri vor fi întotdeauna scumpe și rare, așa că temerile eugeniei și ale curselor „stăpânești” sunt nefondate și supraevaluate. Dezbaterea continuă.

Rezumat

Primele etape ale dezvoltării embrionare încep cu fertilizarea. Procesul de fertilizare este strict controlat pentru a se asigura că un singur spermă fuzionează cu un singur ovul. După fecundare, zigotul suferă clivaj pentru a forma blastula. Blastula, care la unele specii este o bilă goală de celule, suferă un proces numit gastrulație, în care se formează cele trei straturi germinale. Ectodermul dă naștere sistemului nervos și celulelor epidermice ale pielii, mezodermul dă naștere celulelor musculare și a țesutului conjunctiv din corp, iar endodermul dă naștere la celule coloane și organe interne.

Întrebări de revizuire

Care dintre următoarele este falsă?

  1. Endodermul, mezodermul, ectodermul sunt straturi germinale.
  2. Trofoblastul este un strat de germeni.
  3. Masa celulelor interioare este o sursă de celule stem embrionare.
  4. Blastula este adesea o minge goală de celule.

B

În timpul clivajului, masa celulelor:

  1. crește
  2. scade
  3. se dublează cu fiecare diviziune celulară
  4. nu se schimbă semnificativ

D

Răspuns gratuit

Ce credeți că s-ar întâmpla dacă mai mulți spermatozoizi s-ar contopi cu un singur ovul?

Spermatozoizii multipli se pot contopi cu oul, rezultând polispermie. Embrionul rezultat nu este viabil din punct de vedere genetic și moare în câteva zile.

De ce ouăle de mamifere au o mică concentrație de gălbenuș, în timp ce ouăle de păsări și reptile au o concentrație mare de gălbenuș?

Ouăle de mamifere nu au nevoie de mult gălbenuș, deoarece fătul în curs de dezvoltare obține nutrienți de la mamă. Alte specii, în care fătul se dezvoltă în afara corpului mamei, cum ar fi la păsări, necesită mult gălbenuș în ou pentru a hrăni embrionul în timpul dezvoltării.

Glosar

reacție acrosomală
serie de reacții biochimice pe care sperma le folosește pentru a străpunge zona pelucidă
blastocist
structură formată atunci când celulele din blastula mamiferelor se separă într-un strat interior și exterior
gastrulare
proces în care blastula se pliază asupra sa pentru a forma cele trei straturi germinale
holoblastic
decolteu complet; are loc în celule cu o cantitate mică de gălbenuș
masa celulelor interioare
strat interior de celule din blastocist
meroblastic
clivaj parțial; are loc în celule cu o cantitate mare de gălbenuș
polispermie
afecțiune în care un ovul este fertilizat de spermatozoizi multipli
trofoblast
strat exterior de celule din blastocist
zona pellucida
strat protector de glicoproteine ​​pe oul de mamifer

Fertilizarea și dezvoltarea embrionară timpurie

Procesul în care un organism se dezvoltă de la un zigot unicelular la un organism pluricelular este complex și bine reglementat. Primele etape ale dezvoltării embrionare sunt, de asemenea, cruciale pentru asigurarea fitnessului organismului.

Fertilizare

Fertilizare, ilustrată în [link]A este procesul prin care gametii (un ovul și spermatozoizii) fuzionează pentru a forma un zigot. Oul și sperma conțin fiecare câte un set de cromozomi. Pentru a se asigura că descendenții au un singur set complet de cromozomi diploizi, un singur spermă trebuie să fuzioneze cu un singur ou. La mamifere, oul este protejat de un strat de matrice extracelulară constând în principal din glicoproteine ​​numite zona pellucida. Când un spermă se leagă de zona pelucidă, o serie de evenimente biochimice, numită reacții acrosomale, au loc. La mamiferele placentare, acrosomul conține enzime digestive care inițiază degradarea matricei glicoproteice protejând oul și permițând membranei plasmatice a spermei să se contopească cu membrana plasmatică a oului, așa cum este ilustrat în [link]b. Fuziunea acestor două membrane creează o deschidere prin care nucleul spermei este transferat în ovul. Membranele nucleare ale ovulului și spermatozoizilor se descompun și cei doi genomi haploizi se condensează pentru a forma un genom diploid.

Pentru a se asigura că nu mai mult de un spermă fertilizează ovulul, odată ce reacțiile acrosomale au loc într-o locație a membranei ovulului, ovulul eliberează proteine ​​în alte locații pentru a preveni fuziunea altor spermatozoizi cu ovulul. Dacă acest mecanism eșuează, spermatozoizii multipli se pot contopi cu ovulul, rezultând polispermie. Embrionul rezultat nu este viabil din punct de vedere genetic și moare în câteva zile.

Scindarea și etapa Blastula

Dezvoltarea organismelor multi-celulare începe de la un zigot unicelular, care suferă o diviziune celulară rapidă pentru a forma blastula. Rundele rapide, multiple de diviziune celulară sunt denumite clivaj. Clivajul este ilustrat în ([link]A). După ce clivajul a produs peste 100 de celule, embrionul este numit blastula. Blastula este de obicei un strat sferic de celule (blastodermul) care înconjoară o cavitate plină de lichid sau gălbenuș (blastocoelul). Mamiferele în acest stadiu formează o structură numită blastocist, caracterizată printr-o masă celulară internă care este distinctă de blastula din jur, prezentată în [link]b. În timpul clivajului, celulele se divid fără o creștere a masei, adică un zigot mare unicelular se împarte în mai multe celule mai mici. Fiecare celulă din blastulă se numește blastomer.

(a) În timpul clivajului, zigotul se împarte rapid în mai multe celule fără a crește în dimensiune. (b) Celulele se rearanjează pentru a forma o bilă goală cu o cavitate umplută cu lichid sau cu gălbenuș numită blastula. (credit a: modificare a lucrării prin creditul lui Gray’s Anatomy b: modificare a lucrării de Pearson Scott Foresman, donat Fundației Wikimedia)

Scindarea poate avea loc în două moduri: holoblastic (total) clivaj sau meroblastic clivaj (parțial). Tipul de clivaj depinde de cantitatea de gălbenuș din ouă. La mamiferele placentare (inclusiv oamenii) în care hrana este asigurată de corpul mamei, ouăle au o cantitate foarte mică de gălbenuș și suferă un clivaj holoblastic. Alte specii, cum ar fi păsările, cu mult gălbenuș în ou pentru a hrăni embrionul în timpul dezvoltării, suferă clivaj meroblastic.

La mamifere, blastula formează blastocist în etapa următoare de dezvoltare. Aici celulele din blastula se aranjează în două straturi: masa celulelor interioare, și un strat exterior numit trofoblast. Masa celulară internă este, de asemenea, cunoscută sub numele de embrioblast și această masă de celule va continua să formeze embrionul. În acest stadiu de dezvoltare, ilustrat în [link] masa celulară internă constă din celule stem embrionare care se vor diferenția în diferitele tipuri de celule necesare organismului. Trofoblastul va contribui la placentă și va hrăni embrionul.

Vizitați proiectul Virtual Human Embryo de pe site-ul Endowment for Human Development pentru a trece printr-un interactiv care arată etapele dezvoltării embrionilor, inclusiv micrografii și imagini 3D rotative.

Gastrulare

Blastula tipică este o minge de celule. Următoarea etapă a dezvoltării embrionare este formarea planului corpului. Celulele din blastula se rearanjează spațial pentru a forma trei straturi de celule. Acest proces se numește gastrulare. În timpul gastrulației, blastula se pliază asupra sa pentru a forma cele trei straturi de celule. Fiecare dintre aceste straturi se numește strat de germeni și fiecare strat de germeni se diferențiază în diferite sisteme de organe.

Cele trei straturi de germeni, prezentate în [link], sunt endodermul, ectodermul și mezodermul. Ectodermul dă naștere sistemului nervos și epidermei. Mezodermul dă naștere la celulele musculare și țesutul conjunctiv din corp. Endodermul dă naștere la celule coloane care se găsesc în sistemul digestiv și în multe organe interne.

Sunt bebelușii de designer în viitorul nostru?

Dacă ai putea să-l împiedici pe copilul tău să sufere o boală genetică devastatoare, ai face-o? Ați selecta sexul copilului dvs. sau ați alege pentru atractivitatea, forța sau inteligența lor? Cât de departe ați merge pentru a maximiza posibilitatea rezistenței la boli? Ingineria genetică a unui copil uman, producția de „bebeluși designeri” cu caracteristici fenotipice dezirabile, a fost cândva un subiect limitat la science fiction. Acesta nu mai este cazul: ficțiunea științifică se suprapune acum asupra faptelor științifice. Multe alegeri fenotipice pentru descendenți sunt deja disponibile, cu multe mai multe șanse să fie posibile într-un viitor nu prea îndepărtat. Ce trăsături ar trebui selectate și cum ar trebui să fie selectate sunt subiecte de mare dezbatere în cadrul comunității medicale din întreaga lume. Linia etică și morală nu este întotdeauna clară sau convenită și unii se tem că tehnologiile moderne de reproducere ar putea duce la o nouă formă de eugenie.

Eugenia este utilizarea informațiilor și tehnologiei dintr-o varietate de surse pentru a îmbunătăți structura genetică a rasei umane. Obiectivul creării unor oameni superiori din punct de vedere genetic a fost destul de răspândit (deși controversat) în mai multe țări la începutul secolului al XX-lea, dar a căzut în disputere atunci când Germania nazistă a dezvoltat un amplu program de eugenie în anii 1930 și 40. Ca parte a programului lor, naziștii au sterilizat cu forța sute de mii de așa-numiții „improprii” și au ucis zeci de mii de persoane cu dizabilități instituționale ca parte a unui program sistematic de dezvoltare a unei rase superioare genetic de germani cunoscuți sub numele de arieni. De atunci, ideile eugenice nu au mai fost exprimate la fel de public, dar există încă cine le promovează.

În trecut s-au făcut eforturi pentru a controla trăsăturile la copiii umani folosind spermatozoizi donați de la bărbați cu trăsături dorite. De fapt, eugenicistul Robert Klark Graham a înființat în 1980 o bancă de spermă care includea eșantioane exclusiv de la donatori cu IQ ridicat. Banca de spermă „genială” nu a reușit să capteze imaginația publicului și operațiunea sa încheiat în 1999.

În vremuri mai recente, a fost dezvoltată procedura cunoscută sub numele de diagnostic genetic prenatal (PGD). PGD ​​implică screeningul embrionilor umani ca parte a procesului de in vitro fertilizare, în timpul căreia embrionii sunt concepuți și crescuți în afara corpului mamei pentru o anumită perioadă de timp înainte de a fi implantați. Termenul PGD se referă de obicei atât la diagnostic, selecție, cât și la implantarea embrionilor selectați.

În cea mai puțin controversată utilizare a PGD, embrionii sunt testați pentru prezența alelelor care provoacă boli genetice, cum ar fi boala cu celule secera, distrofia musculară și hemofilia, în care a fost identificată o singură alelă care cauzează boala sau o pereche de alele. Prin excluderea embrionilor care conțin aceste alele de la implantarea în mamă, boala este prevenită, iar embrionii neutilizați sunt fie donați științei, fie aruncați. Există relativ puțini în comunitatea medicală din întreaga lume care pun sub semnul întrebării etica acestui tip de procedură, care permite persoanelor speriate să aibă copii din cauza alelelor pe care le poartă să facă acest lucru cu succes. Limita majoră a acestei proceduri este cheltuiala sa. De obicei nu sunt acoperite de asigurări medicale și, prin urmare, nu sunt la îndemâna financiar pentru majoritatea cuplurilor, doar un procent foarte mic din toate nașterile vii utilizează astfel de metodologii complicate. Cu toate acestea, chiar și în astfel de cazuri în care problemele etice pot părea clare, nu toată lumea este de acord cu moralitatea acestor tipuri de proceduri. De exemplu, pentru cei care iau poziția că viața umană începe de la concepție, aruncarea embrionilor neutilizați, un rezultat necesar al PGD, este inacceptabilă în niciun caz.

O situație etică mai tulbure se găsește în selectarea sexului unui copil, care este ușor de realizat de PGD. În prezent, țări precum Marea Britanie au interzis selectarea sexului unui copil din alte motive decât prevenirea bolilor legate de sex. Alte țări permit procedura „echilibrului familial”, bazată pe dorința unor părinți de a avea cel puțin un copil din fiecare sex. Alții încă, inclusiv Statele Unite, au adoptat o abordare dispersată a reglementării acestor practici, lăsând în esență medicului practicant să decidă care practici sunt acceptabile și care nu.

Chiar și mai tulburi sunt cazuri rare de părinți cu dizabilități, cum ar fi cei cu surditate sau nanism, care selectează embrioni prin PGD pentru a se asigura că împărtășesc handicapul lor. Acești părinți citează de obicei multe aspecte pozitive ale dizabilităților și culturii asociate ca motive pentru alegerea lor, pe care le consideră drept dreptul lor moral. Pentru alții, a provoca în mod intenționat un handicap la un copil încalcă principiul medical de bază al Primum non nocere, „mai întâi, nu face rău”. Această procedură, deși nu este ilegală în majoritatea țărilor, demonstrează complexitatea problemelor etice asociate alegerii trăsăturilor genetice la descendenți.

Unde ar putea duce acest proces? Va deveni această tehnologie mai accesibilă și cum ar trebui utilizată? Având în vedere capacitatea tehnologiei de a progresa rapid și imprevizibil, lipsa unor linii directoare definitive pentru utilizarea tehnologiilor de reproducere înainte ca acestea să apară ar putea face dificilă legiuitorilor să țină pasul odată ce acestea sunt de fapt realizate, presupunând că procesul are nevoie de orice reglementare guvernamentală . Alți bioeticieni susțin că ar trebui să ne ocupăm doar de tehnologiile care există acum și nu într-un viitor incert. Aceștia susțin că aceste tipuri de proceduri vor fi întotdeauna scumpe și rare, așa că temerile eugeniei și ale curselor „stăpânești” sunt nefondate și supraevaluate. Dezbaterea continuă.

Rezumatul secțiunii

Primele etape ale dezvoltării embrionare încep cu fertilizarea. Procesul de fertilizare este strict controlat pentru a se asigura că un singur spermă fuzionează cu un singur ovul. După fecundare, zigotul suferă clivaj pentru a forma blastula. Blastula, care la unele specii este o bilă goală de celule, suferă un proces numit gastrulație, în care se formează cele trei straturi germinale. Ectodermul dă naștere sistemului nervos și celulelor epidermice ale pielii, mezodermul dă naștere celulelor musculare și a țesutului conjunctiv din corp, iar endodermul dă naștere la celule coloane și organe interne.


Scindarea și etapa Blastula

Dezvoltarea organismelor multi-celulare începe de la un zigot unicelular, care suferă o diviziune celulară rapidă pentru a forma blastula. Rundele rapide, multiple de diviziune celulară sunt denumite clivaj. Clivajul este ilustrat în (FiguraA). După ce clivajul a produs peste 100 de celule, embrionul este numit blastula. Blastula este de obicei un strat sferic de celule (blastodermul) care înconjoară o cavitate umplută cu lichid sau gălbenuș (blastocoelul). Mamiferele în acest stadiu formează o structură numită blastocist, caracterizată printr-o masă celulară internă care este distinctă de blastula din jur, prezentată în Figurab. În timpul clivajului, celulele se divid fără o creștere a masei, adică un zigot mare unicelular se împarte în mai multe celule mai mici. Fiecare celulă din blastulă se numește blastomer.

(a) În timpul clivajului, zigotul se împarte rapid în mai multe celule fără a crește în dimensiune. (b) Celulele se rearanjează pentru a forma o bilă goală cu o cavitate umplută cu lichid sau cu gălbenuș numită blastula.

Rearanjarea celulelor din blastula mamiferelor pe două straturi - masa celulară internă și trofoblastul - are ca rezultat formarea blastocistului.


Conexiune de zi cu zi

Sunt bebelușii designeri în viitorul nostru?

Acest logo de la a doua Conferință internațională de Eugenie din New York, în septembrie 1921, arată cum eugenia a încercat să fuzioneze mai multe domenii de studiu cu scopul de a produce o rasă umană genetic superioară.

Dacă ai putea să-l împiedici pe copilul tău să sufere o boală genetică devastatoare, ai face-o? Ați selecta sexul copilului dvs. sau ați alege pentru atractivitatea, forța sau inteligența lor? Cât de departe ați merge pentru a maximiza posibilitatea rezistenței la boli? Ingineria genetică a unui copil uman, producția de „bebeluși designeri” cu caracteristici fenotipice dezirabile, a fost cândva un subiect limitat la science fiction. Acesta nu mai este cazul: ficțiunea științifică se suprapune acum asupra faptelor științifice. Multe alegeri fenotipice pentru descendenți sunt deja disponibile, cu multe mai multe șanse să fie posibile într-un viitor nu prea îndepărtat. Ce trăsături ar trebui selectate și cum ar trebui să fie selectate sunt subiecte de mare dezbatere în cadrul comunității medicale din întreaga lume. Linia etică și morală nu este întotdeauna clară sau convenită și unii se tem că tehnologiile moderne de reproducere ar putea duce la o nouă formă de eugenie.

Eugenia este utilizarea informațiilor și tehnologiei dintr-o varietate de surse pentru a îmbunătăți structura genetică a rasei umane. Obiectivul creării unor oameni superiori din punct de vedere genetic a fost destul de răspândit (deși controversat) în mai multe țări la începutul secolului al XX-lea, dar a căzut în descredere atunci când Germania nazistă a dezvoltat un amplu program de eugenie în anii 1930 și 40. Ca parte a programului lor, naziștii au sterilizat cu forța sute de mii de așa-numiții „improprii” și au ucis zeci de mii de persoane cu dizabilități instituționale ca parte a unui program sistematic de dezvoltare a unei rase superioare genetic de germani cunoscuți sub numele de arieni. De atunci, ideile eugenice nu au mai fost exprimate la fel de public, dar există încă cine le promovează.

În trecut s-au făcut eforturi pentru a controla trăsăturile la copiii umani folosind spermatozoizi donați de la bărbați cu trăsături dorite. De fapt, eugenicistul Robert Klark Graham a înființat în 1980 o bancă de spermă care includea eșantioane exclusiv de la donatori cu IQ ridicat. Banca de spermă „genială” nu a reușit să capteze imaginația publicului și operațiunea sa încheiat în 1999.

În vremuri mai recente, a fost dezvoltată procedura cunoscută sub numele de diagnostic genetic prenatal (PGD). PGD ​​implică screeningul embrionilor umani ca parte a procesului de in vitro fertilizare, în timpul căreia embrionii sunt concepuți și crescuți în afara corpului mamei pentru o anumită perioadă de timp înainte de a fi implantați. Termenul PGD se referă de obicei atât la diagnostic, selecție, cât și la implantarea embrionilor selectați.

În cea mai puțin controversată utilizare a PGD, embrionii sunt testați pentru prezența alelelor care provoacă boli genetice, cum ar fi boala cu celule secera, distrofia musculară și hemofilia, în care a fost identificată o singură alelă care cauzează boala sau o pereche de alele. Prin excluderea embrionilor care conțin aceste alele de la implantarea în mamă, boala este prevenită, iar embrionii neutilizați sunt fie donați științei, fie aruncați. Există relativ puțini în comunitatea medicală din întreaga lume care pun sub semnul întrebării etica acestui tip de procedură, care permite persoanelor speriate să aibă copii din cauza alelelor pe care le poartă să facă acest lucru cu succes. Limita majoră a acestei proceduri este cheltuiala sa. De obicei nu sunt acoperite de asigurări medicale și, prin urmare, nu sunt la îndemâna financiar pentru majoritatea cuplurilor, doar un procent foarte mic din toate nașterile vii utilizează astfel de metodologii complicate. Cu toate acestea, chiar și în astfel de cazuri în care problemele etice pot părea clare, nu toată lumea este de acord cu moralitatea acestor tipuri de proceduri. De exemplu, pentru cei care iau poziția că viața umană începe de la concepție, aruncarea embrionilor neutilizați, un rezultat necesar al PGD, este inacceptabilă în niciun caz.

O situație etică mai tulbure se găsește în selectarea sexului unui copil, care este ușor de realizat de PGD. În prezent, țări precum Marea Britanie au interzis selectarea sexului unui copil din alte motive decât prevenirea bolilor legate de sex. Alte țări permit procedura „echilibrului familial”, bazată pe dorința unor părinți de a avea cel puțin un copil din fiecare sex. Alții încă, inclusiv Statele Unite, au adoptat o abordare dispersată a reglementării acestor practici, lăsând în esență medicului practicant individual să decidă care practici sunt acceptabile și care nu.

Chiar și mai tulburi sunt cazuri rare de părinți cu dizabilități, cum ar fi cei cu surditate sau nanism, care selectează embrioni prin PGD pentru a se asigura că împărtășesc handicapul lor. Acești părinți citează de obicei multe aspecte pozitive ale dizabilităților și culturii asociate ca motive pentru alegerea lor, pe care le consideră drept dreptul lor moral. Pentru alții, a provoca în mod intenționat un handicap la un copil încalcă principiul medical de bază al Primum non nocere, „mai întâi, nu face rău”. Această procedură, deși nu este ilegală în majoritatea țărilor, demonstrează complexitatea problemelor etice asociate alegerii trăsăturilor genetice la descendenți.

Unde ar putea duce acest proces? Va deveni această tehnologie mai accesibilă și cum ar trebui utilizată? With the ability of technology to progress rapidly and unpredictably, a lack of definitive guidelines for the use of reproductive technologies before they arise might make it difficult for legislators to keep pace once they are in fact realized, assuming the process needs any government regulation at all. Other bioethicists argue that we should only deal with technologies that exist now, and not in some uncertain future. They argue that these types of procedures will always be expensive and rare, so the fears of eugenics and "master" races are unfounded and overstated. Dezbaterea continuă.


Cleavage and blastula stage

The development of multi-cellular organisms begins from a single-celled zygote, which undergoes rapid cell division to form the blastula. The rapid, multiple rounds of cell division are termed cleavage. Cleavage is illustrated in ( [link] A ). After the cleavage has produced over 100 cells, the embryo is called a blastula. The blastula is usually a spherical layer of cells (the blastoderm) surrounding a fluid-filled or yolk-filled cavity (the blastocoel). Mammals at this stage form a structure called the blastocyst, characterized by an inner cell mass that is distinct from the surrounding blastula, shown in [link] b . During cleavage, the cells divide without an increase in mass that is, one large single-celled zygote divides into multiple smaller cells. Each cell within the blastula is called a blastomere.

(a) During cleavage, the zygote rapidly divides into multiple cells without increasing in size. (b) The cells rearrange themselves to form a hollow ball with a fluid-filled or yolk-filled cavity called the blastula. (credit a: modification of work by Gray&rsquos Anatomy credit b: modification of work by Pearson Scott Foresman, donated to the Wikimedia Foundation)


Rezumat

The early stages of embryonic development begin with fertilization. The process of fertilization is tightly controlled to ensure that only one sperm fuses with one egg. After fertilization, the zygote undergoes cleavage to form the blastula. The blastula, which in some species is a hollow ball of cells, undergoes a process called gastrulation, in which the three germ layers form. The ectoderm gives rise to the nervous system and the epidermal skin cells, the mesoderm gives rise to the muscle cells and connective tissue in the body, and the endoderm gives rise to columnar cells and internal organs.


Gastrulare

The typical blastula is a ball of cells. The next stage in embryonic development is the formation of the body plan. The cells in the blastula rearrange themselves spatially to form three layers of cells. This process is called gastrulation . During gastrulation, the blastula folds upon itself to form the three layers of cells. Each of these layers is called a germ layer and each germ layer differentiates into different organ systems.

The three germs layers, shown in [link], are the endoderm, the ectoderm, and the mesoderm. The ectoderm gives rise to the nervous system and the epidermis. The mesoderm gives rise to the muscle cells and connective tissue in the body. The endoderm gives rise to columnar cells found in the digestive system and many internal organs.


Are Designer Babies in Our Future?


If you could prevent your child from getting a devastating genetic disease, would you do it? Would you select the sex of your child or select for their attractiveness, strength, or intelligence? How far would you go to maximize the possibility of resistance to disease? The genetic engineering of a human child, the production of “designer babies” with desirable phenotypic characteristics, was once a topic restricted to science fiction. This is the case no longer: science fiction is now overlapping into science fact. Many phenotypic choices for offspring are already available, with many more likely to be possible in the not too distant future. Which traits should be selected and how they should be selected are topics of much debate within the worldwide medical community. The ethical and moral line is not always clear or agreed upon, and some fear that modern reproductive technologies could lead to a new form of eugenics.

Eugenics is the use of information and technology from a variety of sources to improve the genetic makeup of the human race. The goal of creating genetically superior humans was quite prevalent (although controversial) in several countries during the early 20 th century, but fell into disrepute when Nazi Germany developed an extensive eugenics program in the 1930’s and 40’s. As part of their program, the Nazis forcibly sterilized hundreds of thousands of the so-called “unfit” and killed tens of thousands of institutionally disabled people as part of a systematic program to develop a genetically superior race of Germans known as Aryans. Ever since, eugenic ideas have not been as publicly expressed, but there are still those who promote them.

Efforts have been made in the past to control traits in human children using donated sperm from men with desired traits. In fact, eugenicist Robert Klark Graham established a sperm bank in 1980 that included samples exclusively from donors with high IQs. The “genius” sperm bank failed to capture the public’s imagination and the operation closed in 1999.

In more recent times, the procedure known as prenatal genetic diagnosis (PGD) has been developed. PGD involves the screening of human embryos as part of the process of in vitro fertilization, during which embryos are conceived and grown outside the mother’s body for some period of time before they are implanted. The term PGD usually refers to both the diagnosis, selection, and the implantation of the selected embryos.

In the least controversial use of PGD, embryos are tested for the presence of alleles which cause genetic diseases such as sickle cell disease, muscular dystrophy, and hemophilia, in which a single disease-causing allele or pair of alleles has been identified. By excluding embryos containing these alleles from implantation into the mother, the disease is prevented, and the unused embryos are either donated to science or discarded. There are relatively few in the worldwide medical community that question the ethics of this type of procedure, which allows individuals scared to have children because of the alleles they carry to do so successfully. The major limitation to this procedure is its expense. Not usually covered by medical insurance and thus out of reach financially for most couples, only a very small percentage of all live births use such complicated methodologies. Yet, even in cases like these where the ethical issues may seem to be clear-cut, not everyone agrees with the morality of these types of procedures. For example, to those who take the position that human life begins at conception, the discarding of unused embryos, a necessary result of PGD, is unacceptable under any circumstances.

A murkier ethical situation is found in the selection of a child’s sex, which is easily performed by PGD. Currently, countries such as Great Britain have banned the selection of a child’s sex for reasons other than preventing sex-linked diseases. Other countries allow the procedure for “family balancing”, based on the desire of some parents to have at least one child of each sex. Still others, including the United States, have taken a scattershot approach to regulating these practices, essentially leaving it to the individual practicing physician to decide which practices are acceptable and which are not.

Even murkier are rare instances of disabled parents, such as those with deafness or dwarfism, who select embryos via PGD to ensure that they share their disability. These parents usually cite many positive aspects of their disabilities and associated culture as reasons for their choice, which they see as their moral right. To others, to purposely cause a disability in a child violates the basic medical principle of Primum non nocere, “first, do no harm.” This procedure, although not illegal in most countries, demonstrates the complexity of ethical issues associated with choosing genetic traits in offspring.

Where could this process lead? Will this technology become more affordable and how should it be used? With the ability of technology to progress rapidly and unpredictably, a lack of definitive guidelines for the use of reproductive technologies before they arise might make it difficult for legislators to keep pace once they are in fact realized, assuming the process needs any government regulation at all. Other bioethicists argue that we should only deal with technologies that exist now, and not in some uncertain future. They argue that these types of procedures will always be expensive and rare, so the fears of eugenics and “master” races are unfounded and overstated. Dezbaterea continuă.


43.6: Fertilization and Early Embryonic Development - Biology

In this section, you will explore the following questions:

  • How does fertilization occur?
  • How does the embryo form from the zygote?
  • What are the roles of cleavage and fertilization in animal development?

Conexiune pentru cursuri AP ®

The information in this section is not within the scope for AP ® other than to note that the process by which an organism develops from a single-celled zygote to a multi-cellular organism with specialized cells, tissues, and organs is complex and well regulated. The organization into a multi-cellular organism is regulated by an organism’s genes. Cell differentiation is a result of specific gene expression, and homeotic (HOX) genes and morphogens control the pattern and timing of developmental stages.

Information presented and examples highlighted in this section are not within the scope for AP ® and do not align to the Curriculum Framework.

Fertilizare

Fertilization, pictured in Figure 34.20A is the process in which gametes (an egg and sperm) fuse to form a zygote. The egg and sperm each contain one set of chromosomes. To ensure that the offspring has only one complete diploid set of chromosomes, only one sperm must fuse with one egg. In mammals, the egg is protected by a layer of extracellular matrix consisting mainly of glycoproteins called the zona pellucida. When a sperm binds to the zona pellucida, a series of biochemical events, called the acrosomal reactions, take place. In placental mammals, the acrosome contains digestive enzymes that initiate the degradation of the glycoprotein matrix protecting the egg and allowing the sperm plasma membrane to fuse with the egg plasma membrane, as illustrated in Figure 34.20b. The fusion of these two membranes creates an opening through which the sperm nucleus is transferred into the ovum. The nuclear membranes of the egg and sperm break down and the two haploid genomes condense to form a diploid genome.

To ensure that no more than one sperm fertilizes the egg, once the acrosomal reactions take place at one location of the egg membrane, the egg releases proteins in other locations to prevent other sperm from fusing with the egg. If this mechanism fails, multiple sperm can fuse with the egg, resulting in polyspermy. The resulting embryo is not genetically viable and dies within a few days.

Cleavage and Blastula Stage

The development of multi-cellular organisms begins from a single-celled zygote, which undergoes rapid cell division to form the blastula. The rapid, multiple rounds of cell division are termed cleavage. Cleavage is illustrated in (Figure 34.21A). After the cleavage has produced over 100 cells, the embryo is called a blastula. The blastula is usually a spherical layer of cells (the blastoderm) surrounding a fluid-filled or yolk-filled cavity (the blastocoel). Mammals at this stage form a structure called the blastocyst, characterized by an inner cell mass that is distinct from the surrounding blastula, shown in Figure 34.21b. During cleavage, the cells divide without an increase in mass that is, one large single-celled zygote divides into multiple smaller cells. Each cell within the blastula is called a blastomere.

Cleavage can take place in two ways: holoblastic (total) cleavage or meroblastic (partial) cleavage. The type of cleavage depends on the amount of yolk in the eggs. In placental mammals (including humans) where nourishment is provided by the mother’s body, the eggs have a very small amount of yolk and undergo holoblastic cleavage. Other species, such as birds, with a lot of yolk in the egg to nourish the embryo during development, undergo meroblastic cleavage.

In mammals, the blastula forms the blastocist in the next stage of development. Here the cells in the blastula arrange themselves in two layers: the inner cell mass, and an outer layer called the trofoblast. The inner cell mass is also known as the embryoblast and this mass of cells will go on to form the embryo. At this stage of development, illustrated in Figure 34.22 the inner cell mass consists of embryonic stem cells that will differentiate into the different cell types needed by the organism. The trophoblast will contribute to the placenta and nourish the embryo.

LINK TO LEARNING

Visit the Virtual Human Embryo project at the Endowment for Human Development site to step through an interactive that shows the stages of embryo development, including micrographs and rotating 3-D images.

Gastrulare

The typical blastula is a ball of cells. The next stage in embryonic development is the formation of the body plan. The cells in the blastula rearrange themselves spatially to form three layers of cells. This process is called gastrulare. During gastrulation, the blastula folds upon itself to form the three layers of cells. Each of these layers is called a germ layer and each germ layer differentiates into different organ systems.

The three germs layers, shown in Figure 34.23, are the endoderm, the ectoderm, and the mesoderm. The ectoderm gives rise to the nervous system and the epidermis. The mesoderm gives rise to the muscle cells and connective tissue in the body. The endoderm gives rise to columnar cells found in the digestive system and many internal organs.

EVERYDAY CONNECTION

Are Designer Babies in Our Future?

If you could prevent your child from getting a devastating genetic disease, would you do it? Would you select the sex of your child or select for their attractiveness, strength, or intelligence? How far would you go to maximize the possibility of resistance to disease? The genetic engineering of a human child, the production of "designer babies" with desirable phenotypic characteristics, was once a topic restricted to science fiction. This is the case no longer: science fiction is now overlapping into science fact. Many phenotypic choices for offspring are already available, with many more likely to be possible in the not too distant future. Which traits should be selected and how they should be selected are topics of much debate within the worldwide medical community. The ethical and moral line is not always clear or agreed upon, and some fear that modern reproductive technologies could lead to a new form of eugenics.

Eugenics is the use of information and technology from a variety of sources to improve the genetic makeup of the human race. The goal of creating genetically superior humans was quite prevalent (although controversial) in several countries during the early 20 th century, but fell into disrepute when Nazi Germany developed an extensive eugenics program in the 1930's and 40's. As part of their program, the Nazis forcibly sterilized hundreds of thousands of the so-called "unfit" and killed tens of thousands of institutionally disabled people as part of a systematic program to develop a genetically superior race of Germans known as Aryans. Ever since, eugenic ideas have not been as publicly expressed, but there are still those who promote them.

Efforts have been made in the past to control traits in human children using donated sperm from men with desired traits. In fact, eugenicist Robert Klark Graham established a sperm bank in 1980 that included samples exclusively from donors with high IQs. The "genius" sperm bank failed to capture the public's imagination and the operation closed in 1999.

In more recent times, the procedure known as prenatal genetic diagnosis (PGD) has been developed. PGD involves the screening of human embryos as part of the process of in vitro fertilization, during which embryos are conceived and grown outside the mother's body for some period of time before they are implanted. The term PGD usually refers to both the diagnosis, selection, and the implantation of the selected embryos.

In the least controversial use of PGD, embryos are tested for the presence of alleles which cause genetic diseases such as sickle cell disease, muscular dystrophy, and hemophilia, in which a single disease-causing allele or pair of alleles has been identified. By excluding embryos containing these alleles from implantation into the mother, the disease is prevented, and the unused embryos are either donated to science or discarded. There are relatively few in the worldwide medical community that question the ethics of this type of procedure, which allows individuals scared to have children because of the alleles they carry to do so successfully. The major limitation to this procedure is its expense. Not usually covered by medical insurance and thus out of reach financially for most couples, only a very small percentage of all live births use such complicated methodologies. Yet, even in cases like these where the ethical issues may seem to be clear-cut, not everyone agrees with the morality of these types of procedures. For example, to those who take the position that human life begins at conception, the discarding of unused embryos, a necessary result of PGD, is unacceptable under any circumstances.

A murkier ethical situation is found in the selection of a child's sex, which is easily performed by PGD. Currently, countries such as Great Britain have banned the selection of a child's sex for reasons other than preventing sex-linked diseases. Other countries allow the procedure for "family balancing", based on the desire of some parents to have at least one child of each sex. Still others, including the United States, have taken a scattershot approach to regulating these practices, essentially leaving it to the individual practicing physician to decide which practices are acceptable and which are not.

Even murkier are rare instances of disabled parents, such as those with deafness or dwarfism, who select embryos via PGD to ensure that they share their disability. These parents usually cite many positive aspects of their disabilities and associated culture as reasons for their choice, which they see as their moral right. To others, to purposely cause a disability in a child violates the basic medical principle of Primum non nocere, "first, do no harm." This procedure, although not illegal in most countries, demonstrates the complexity of ethical issues associated with choosing genetic traits in offspring.

Where could this process lead? Will this technology become more affordable and how should it be used? With the ability of technology to progress rapidly and unpredictably, a lack of definitive guidelines for the use of reproductive technologies before they arise might make it difficult for legislators to keep pace once they are in fact realized, assuming the process needs any government regulation at all. Other bioethicists argue that we should only deal with technologies that exist now, and not in some uncertain future. They argue that these types of procedures will always be expensive and rare, so the fears of eugenics and “master” races are unfounded and overstated. Dezbaterea continuă.


Fertilization process, Pregnancy and the stages of embryonic development

Fertilization is the fusion of the male gamete (sperm) with the female gamete (ovum) to form the zygote which divides to form the embryo, The man may be considered infertile, if the number of sperms is less than 20 million sperm per ejaculation, because many of them are lost during their journey to the ovum and the dissolve of a part of the ovum coat which is intact by hyaluronic acid requires the presence of a large number of sperms.

Fertilizare

The ovum is released in the 14 th day from the beginning of menstruation and it is ready for fertilization within 1-2 days, Fertilization takes place in the anterior third part of the Fallopian tube, T he number of sperms ranges between 300-500 million sperm per ejaculation, where many of them are lost during their journey to the ovum, The sperms can stay alive about 2-3 days inside the female genital system.

All the sperms participate together in secreting the hyaluronidase enzyme which dissolves a part of the ovum coat that is intact by the hyaluronic acid, One sperm only enters into the ovum by its head and neck, leaving the midpiece and tail outside, After the fertilization process, the ovum surrounds itself with a coat that prevents the entrance of any other sperms.

Embryonic development

Pregnancy and embryonic development

After one day from fertilization: The zygote divides by mitotic division into two cells (two blastomeres) at the beginning of the Fallopian tube.

After two days from fertilization: The two cells are multiplied to four cells, The cellular division is replaced, forming a mass of small cells known as the morula which is pushed along the Fallopian tube by the action of cilia, till it reaches the uterus.

The endometrium is characterized by a blood supply that is necessary for the development of embryo along the nine months of pregnancy, In the uterus, The morula is implanted among the folds of the thick-walled uterus (the endometrium) at the end of the first week.

The rate of the embryo growth increases and the organogenesis and tissue differentiation take place gradually, Two embryonic membranes are formed around the embryo, The embryonic membranes include two membranes which are the outer chorion and the inner amnion.

Amnion membrane is a membrane that surrounds the embryo and contains a fluid to protect the embryo against shocks or dryness, Chorion membrane is a membrane that surrounds the amnion membrane to protect the embryo.

There are finger-like projections grow from the chorion membrane that are inserted in the endometrium and in which the blood capillaries of both the embryo and mother touch each other, They intermingled, forming the placenta.

The importance of the placenta
  1. It transfers the digested food, water, oxygen and vitamins from the mother’s blood to the embryo’s blood by diffusion.
  2. It gets rid of the embryo’s excretory wastes without mixing the embryo’s blood with the mother’s blood.
  3. It secretes progesterone hormone at the beginning of the fourth month of pregnancy because the corpus luteum degenerates, Therefore, the placenta becomes the source of secretion of the progesterone hormone.
  4. It secretes the relaxin hormone that plays a role in the relaxation of the pubic symphysis at the end of pregnancy to facilitate the process of delivery.

The placenta transfers the drugs and harmful substances such as the alcohol, nicotine & viruses from the mother’s blood to the embryo which causes acute harms, serious deformities and diseases to the embryo.

The embryo is connected with the placenta by a tissue that is rich with blood capillaries called the umbilical cord whose length is about 70 cm to allow the embryo to move freely.

The importance of umbilical cord
  1. It transfers the digested food, vitamins, water, salts and oxygen from the placenta to the embryo’s blood circulation.
  2. It transfers the excretory wastes and carbon dioxide from the embryo’s blood circulation to the placenta.
The stages of embryonic development

The period of embryonic development is divided into three stages which are as follows:

The first stage

It includes the first three months of pregnancy, where: The nervous system and heart start their development (in the first month), The hands and eyes become differentiated, The two sexes become differentiated, as the testes develop in the 6 th week, while the ovaries develop in the 12 th week, the embryo becomes able to respond to the stimuli.

The second stage

It includes the middle three months of pregnancy, where: the development of the heart is completed and its beats can be heard, Ossification of the skeletal system takes place, The sense organs are completed, The growth of the embryo in size increases.

The third stage

It includes the last three months of pregnancy, where: The development of the brain is completed, The development of the other internal systems is completed, The growth of the embryo in size slows down.


Cleavage and Blastula Stage

The development of multi-cellular organisms begins from a single-celled zygote, which undergoes rapid cell division to form the blastula. The rapid, multiple rounds of cell division are termed cleavage. Cleavage is illustrated in (Figure 24.24 A ). After the cleavage has produced over 100 cells, the embryo is called a blastula. The blastula is usually a spherical layer of cells (the blastoderm) surrounding a fluid-filled or yolk-filled cavity (the blastocoel). Mammals at this stage form a structure called the blastocyst, characterized by an inner cell mass that is distinct from the surrounding blastula, shown in Figure 24.24 b . During cleavage, the cells divide without an increase in mass that is, one large single-celled zygote divides into multiple smaller cells. Each cell within the blastula is called a blastomere.

Figure 24.24. (a) During cleavage, the zygote rapidly divides into multiple cells without increasing in size. (b) The cells rearrange themselves to form a hollow ball with a fluid-filled or yolk-filled cavity called the blastula. (credit a: modification of work by Gray’s Anatomy credit b: modification of work by Pearson Scott Foresman, donated to the Wikimedia Foundation)

Cleavage can take place in two ways: holoblastic (total) cleavage or meroblastic (partial) cleavage. The type of cleavage depends on the amount of yolk in the eggs. In placental mammals (including humans) where nourishment is provided by the mother’s body, the eggs have a very small amount of yolk and undergo holoblastic cleavage. Other species, such as birds, with a lot of yolk in the egg to nourish the embryo during development, undergo meroblastic cleavage.

In mammals, the blastula forms the blastocist in the next stage of development. Here the cells in the blastula arrange themselves in two layers: the inner cell mass, and an outer layer called the trofoblast. The inner cell mass is also known as the embryoblast and this mass of cells will go on to form the embryo. At this stage of development, illustrated in Figure 24.25 the inner cell mass consists of embryonic stem cells that will differentiate into the different cell types needed by the organism. The trophoblast will contribute to the placenta and nourish the embryo.

Figure 24.25. The rearrangement of the cells in the mammalian blastula to two layers—the inner cell mass and the trophoblast—results in the formation of the blastocyst.


Induction of mesoderm in Xenopus

Mesoderm induction in Xenopus
A diffusible signal must travel but not by cell-cell contact.
Cells must be present in sufficient number to be induced and represents a community effect in the responding cells.
After induction the mesoderm, dorsal marginal zone explants become notochord, and muscle and mimic gastrulation movements (as normal).
Ventral and lateral mesoderm become mesenchyme and blood-forming tissues but not muscle (these normally form a lot of muscle).
Different ages of embryonic tissues do not induce a signal.
Tissues at specific times are competent to receive signals.
Several signals induce and pattern the Xenopus embryo.

The four signal model of mesoderm induction
Class 1) General mesoderm inducer from the vegetal region makes "default" ventral mesoderm.
Class 2) Dorsal mesoderm inducer from the vegetal region generates Spemann Organizer and notochord.
Class 3) Ventral mesoderm patterning signal from the ventral region which subdivides muscle from kidney from blood.
Class 4) Spemann Organizer signal from dorsal region which modifies the patterning of ventral mesoderm.

Mesoderm inducers in Xenopus
1) Vg-1 (TGF-B family) precursor must be proteolytically processed mature and active Vg-1 can induce dorsal mesoderm in
a) isolated animal caps and b) ventralized (UV-treated) embryos
At lower concentrations it induces ventral mesoderm and may therefore be both the Class 1 and Class 2 signals.
2) activin (also TGF-B family) may also be a candidate as a mutant form of activin (a dominant negative mutant) of the activin receptor blocks mesoderm formation.
3) A gradient of Nodal-related protein may provide both Class 1 and Class 2 signals.

Mesoderm patterning factors in Xenopus
BMP-4 (also TGF-B family) induces ventral mesoderm (Class 3 signal) is expressed throughout the late blastula.
Xwnt8 (another diffusible factor) induces ventral mesoderm (Class 3 signal) is expressed in the future mesoderm.
Fibroblast growth factor (FGF) also induces mesoderm.
noggin can dorsalize mesoderm tissue but can not induce mesoderm from ectoderm (Class 4 signal).
frizbee can dorsalize mesoderm (Class 4 signal).
noggin (and chordin) bind BMP-4 & frizbee binds Xwnt-8 which prevents these factors from binding to their receptors.

Mesoderm induction and patterning occurs during the formation of the primitive streak in both chick and mouse.

Mid-blastual transition in Xenopus
Xenopus eggs are stuffed with maternal mRNA and proteins (histones for 10,000 nuclei)
At fertilization, protein synthesis increase by 150% from the stored maternal mRNAs.
Zygotic gene expression begins at the mid-blastula stage.
Cell division loses its synchrony.
This timing mechanism may possibly be based on DNA quantity at this time.
Perhaps, the titration of an unknown transcriptional repressor leads to zygotic transcription.

Mesoderm induction in Xenopus
Mesoderm induction activates zygotic mesoderm patterning genes
Brachyury, a transcription factor, is expressed in the mesoderm then narrows to the notochord.
Brachyury, expressed in the ectoderm, induces mesoderm.
Goosecoid, a transcription factor, is expressed in the Spemann organizer (Dorsal mesoderm) and can largely mimic the Spemann transplantations.
Other transcription factors, are expressed in the Organizer region include .
Pintallavis, HNF-3B (two forkhead proteins),
Xnot and Xlim-1 (homeodomain proteins)


Priveste filmarea: Transferul embrionilor, etapă decisivă, Deșteptarea sănătoasă (Noiembrie 2021).