Эмбрион -Embryo
| Эмбрион | |
|---|---|
| |
| Идентификаторы | |
| ТЭ | Е1.0.2.6.4.0.5 |
| Анатомическая терминология | |
| Часть серии о |
| Рост и развитие человека |
|---|
 |
| Этапы |
| Биологические вехи |
| Развитие и психология |
Эмбрион – это ранняя стадия развития многоклеточного организма . В целом у организмов , размножающихся половым путем , эмбриональное развитие является частью жизненного цикла, который начинается сразу после оплодотворения и продолжается в процессе формирования структур тела, таких как ткани и органы. Каждый эмбрион начинает развиваться как зигота , отдельная клетка, возникающая в результате слияния гамет (т.е. процесса оплодотворения, который представляет собой слияние женской яйцеклетки и мужской сперматозоида ). На первых стадиях эмбрионального развития одноклеточная зигота претерпевает множество быстрых клеточных делений, называемых дроблением , с образованием бластулы , похожей на клубок клеток. Затем клетки эмбриона на стадии бластулы начинают перестраиваться в слои в процессе, называемом гаструляцией . Каждый из этих слоев даст начало различным частям развивающегося многоклеточного организма, таким как нервная система, соединительная ткань и органы .
Недавно развивающийся человек обычно называется эмбрионом до девятой недели после зачатия, после чего его называют плодом . В других многоклеточных организмах слово «эмбрион» может использоваться в более широком смысле для любой стадии раннего развития или жизненного цикла до рождения или вылупления .
Этимология
Впервые засвидетельствованное в английском языке в середине 14 века, слово « эмбрион » происходит от средневекового латинского « эмбрион », что само по себе происходит от греческого ἔμβρυον ( зародыш ), букв. «молодой», что является средним родом от ἔμβρυος ( embruos ), букв. «растущий», от ἐν ( en ), «в» и βρύω ( bruō ), «набухать, быть полным»; надлежащей латинизированной формой греческого термина будет embryum .
Разработка
Эмбрионы животных
У животных процесс эмбрионального развития начинается с оплодотворения с создания зиготы, одиночной клетки, возникающей в результате слияния гамет (например, яйцеклетки и сперматозоида). Развитие зиготы в многоклеточный эмбрион проходит через ряд узнаваемых стадий, часто разделяемых на дробление, бластулу, гаструляцию и органогенез.
Дробление – это период быстрого митотического деления клеток, которое происходит после оплодотворения. При дроблении общий размер зародыша не изменяется, но размеры отдельных клеток быстро уменьшаются по мере их деления, увеличивая общее количество клеток. В результате дробления образуется бластула.
В зависимости от вида эмбрион на стадии бластулы может выглядеть как клубок клеток поверх желтка или как полая сфера клеток, окружающая среднюю полость. Клетки эмбриона продолжают делиться и увеличиваться в количестве, в то время как молекулы внутри клеток, такие как РНК и белки, активно способствуют ключевым процессам развития, таким как экспрессия генов, спецификация клеточных судеб и полярность.
Гаструляция является следующей фазой эмбрионального развития и включает в себя развитие двух или более слоев клеток (зародышевых слоев). Животные, образующие два слоя (например, Cnidaria ), называются диплобластными, а те, которые образуют три (большинство других животных, от плоских червей до человека), называются триплобластными. Во время гаструляции триплобластных животных образуются три зародышевых слоя, которые называются эктодермой , мезодермой и энтодермой . Все ткани и органы взрослого животного могут проследить свое происхождение до одного из этих слоев. Например, эктодерма даст начало кожному эпидермису и нервной системе, мезодерма - сосудистой системе, мышцам, костям и соединительным тканям, а энтодерма - органам пищеварительной системы и эпителию органов пищеварения. пищеварительной системы и дыхательной системы. Многие видимые изменения в структуре эмбриона происходят во время гаструляции, поскольку клетки, составляющие различные зародышевые листки, мигрируют и заставляют ранее круглый эмбрион сворачиваться или инвагинировать в чашеобразный вид.
Пройдя гаструляцию, эмбрион продолжает развиваться в зрелый многоклеточный организм, формируя структуры, необходимые для жизни вне матки или яйцеклетки. Как следует из названия, органогенез — это стадия эмбрионального развития, когда формируются органы. Во время органогенеза молекулярные и клеточные взаимодействия побуждают определенные популяции клеток из разных зародышевых слоев дифференцироваться в органоспецифические типы клеток. Например, в нейрогенезе субпопуляция клеток эктодермы отделяется от других клеток и в дальнейшем специализируется на формировании головного, спинного мозга или периферических нервов.
Эмбриональный период варьируется от вида к виду. В развитии человека термин плод используется вместо эмбриона после девятой недели после зачатия, тогда как у рыбок данио эмбриональное развитие считается завершенным, когда становится видна кость, называемая cleithrum . У животных, которые вылупляются из яйца, таких как птицы, молодое животное после вылупления обычно больше не называют эмбрионом. У живородящих животных (животных, чье потомство хотя бы некоторое время развивается в теле родителя), потомство обычно называют эмбрионом, пока оно находится внутри родителя, и больше не считается эмбрионом после рождения или выхода из родителя. Однако степень развития и роста, происходящих внутри яйца или родителя, значительно варьируется от вида к виду, настолько, что процессы, происходящие после вылупления или рождения у одного вида, могут происходить задолго до этих событий у другого. Поэтому, согласно одному учебнику, ученые обычно интерпретируют область эмбриологии в широком смысле как изучение развития животных.
Эмбрионы растений
Цветковые растения ( покрытосеменные ) создают зародыши после оплодотворения гаплоидной семяпочки пыльцой . ДНК из семязачатка и пыльцы объединяются, чтобы сформировать диплоидную одноклеточную зиготу, которая разовьется в эмбрион. Зигота, которая будет делиться несколько раз в процессе эмбрионального развития, является частью семени . Другие компоненты семян включают эндосперм , ткань, богатую питательными веществами, которые помогают поддерживать растущий зародыш растения, и семенную оболочку, которая является защитным внешним покрытием. Первое клеточное деление зиготы асимметрично , в результате чего образуется эмбрион с одной маленькой клеткой (апикальной клеткой) и одной большой клеткой (базальной клеткой). Маленькая апикальная клетка в конечном итоге даст начало большинству структур взрослого растения, таких как стебель, листья и корни. Базальная клетка большего размера даст начало суспензору, который соединяет зародыш с эндоспермом, чтобы между ними могли проходить питательные вещества. Клетки зародыша растений продолжают делиться и проходят стадии развития, названные по их общему виду: шаровидная, сердцевидная и торпедовидная. На глобулярной стадии можно распознать три основных типа тканей (кожная, основная и сосудистая). Кожная ткань даст начало эпидермису или внешнему покрытию растения, основная ткань даст начало внутреннему растительному материалу, который участвует в фотосинтезе , хранении ресурсов и физической поддержке, а сосудистая ткань даст начало соединительной ткани, такой как ксилема и флоэма , которая переносит жидкость, питательные вещества и минералы по всему растению. На стадии сердца формируются одна или две семядоли (эмбриональные листья). Меристемы (центры активности стволовых клеток ) развиваются на стадии торпеды и в конечном итоге будут производить многие зрелые ткани взрослого растения на протяжении всей его жизни. В конце эмбрионального роста семя обычно находится в состоянии покоя до прорастания. Как только зародыш начинает прорастать (вырастать из семени) и формирует свой первый настоящий лист, его называют проростком или проростком.
Растения, производящие споры вместо семян, такие как мохообразные и папоротники , также производят зародыши. У этих растений зародыш начинает свое существование прикрепленным к внутренней части архегония на родительском гаметофите , из которого образовалась яйцеклетка. Внутренняя стенка архегония плотно прилегает к «ножке» развивающегося зародыша; эта «нога» состоит из выпуклой массы клеток в основании зародыша, который может получать питание от своего родительского гаметофита. Строение и развитие остальной части зародыша варьируется в зависимости от группы растений.
Поскольку все наземные растения создают зародыши, их все вместе называют эмбриофитами (или по их научному названию Embryophyta). Это, наряду с другими характеристиками, отличает наземные растения от других видов растений, например водорослей , не дающих зародышей.
Исследования и технологии
Биологические процессы
Эмбрионы многих видов растений и животных изучаются в биологических исследовательских лабораториях по всему миру, чтобы узнать о таких темах, как стволовые клетки , эволюция и развитие , деление клеток и экспрессия генов . Примеры научных открытий, сделанных при изучении эмбрионов, удостоенных Нобелевской премии по физиологии и медицине , включают органайзер Шпемана-Мангольда , группу клеток, первоначально обнаруженных у эмбрионов амфибий, дающих начало нервной ткани, и обнаруженные гены, дающие начало сегментам тела. в эмбрионах мух дрозофилы Кристиан Нюсляйн-Фольхард и Эрик Вишаус .
Вспомогательные репродуктивные технологии
Создание и/или манипулирование эмбрионами с помощью вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) используется для решения проблем фертильности у людей и других животных, а также для селекции сельскохозяйственных видов. В период с 1987 по 2015 год методы ВРТ, включая экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО), только в Соединенных Штатах стали причиной примерно 1 миллиона человеческих рождений. Другие клинические технологии включают преимплантационную генетическую диагностику (ПГД), которая может выявить определенные серьезные генетические аномалии, такие как анеуплоидия , до отбора эмбрионов для использования в ЭКО. Некоторые предлагали (или даже пытались — см . дело Хэ Цзянькуя ) генетическое редактирование человеческих эмбрионов с помощью CRISPR-Cas9 в качестве потенциального средства предотвращения болезней; однако это было встречено широким осуждением со стороны научного сообщества.
Методы ВРТ также используются для повышения рентабельности сельскохозяйственных видов животных, таких как коровы и свиньи, за счет возможности селективного разведения по желаемым признакам и/или увеличения количества потомства. Например, при естественном размножении коровы обычно производят одного теленка в год, тогда как ЭКО увеличивает выход потомства до 9-12 телят в год. ЭКО и другие методы ВРТ, в том числе клонирование с помощью межвидового переноса ядер соматических клеток (iSCNT), также используются в попытках увеличить количество находящихся под угрозой исчезновения или уязвимых видов, таких как северные белые носороги , гепарды и осетровые .
Криоконсервация растительного и животного биоразнообразия
Криоконсервация генетических ресурсов включает сбор и хранение репродуктивных материалов, таких как эмбрионы, семена или гамет, от видов животных или растений при низких температурах, чтобы сохранить их для будущего использования. Некоторые крупномасштабные усилия по криоконсервации видов животных включают « замороженные зоопарки » в различных местах по всему миру, в том числе в британском Frozen Ark , Центре разведения находящихся под угрозой исчезновения арабских диких животных (BCEAW) в Объединенных Арабских Эмиратах и в Институте зоопарков Сан-Диего . Сохранение в США. По состоянию на 2018 год около 1700 банков семян использовались для хранения и защиты биоразнообразия растений, особенно в случае массового вымирания или других глобальных чрезвычайных ситуаций. Глобальное хранилище семян Шпицбергена в Норвегии содержит самую большую коллекцию репродуктивных тканей растений: более миллиона образцов хранятся при температуре -18 ° C (0 ° F).
Окаменелые эмбрионы
Окаменевшие зародыши животных известны с докембрия и в большом количестве встречаются в кембрийском периоде. Были обнаружены даже окаменелые эмбрионы динозавров .
Смотрите также
Примечания
Внешние ссылки