Jak powstaje nowy organizm czyli embriologia w pigułce

Jak powstaje nowy organizm
czyli embriologia w pigułce
dr ANNA URBISZ
Najistotniejszą właściwością żywego organizmu jest
ZDOLNOŚĆ DO ROZMNAŻANIA SIĘ
(reprodukcji, wydawania potomstwa), które zapewnia
W CZASIE,
CIĄGŁOŚĆ ISTNIENIA GATUNKU
a z drugiej strony pociąga za sobą ograniczenie długości życia należących
do niego osobników.
Rozmnażanie wiąże się z przekazywaniem, z pokolenia na pokolenie, informacji
genetycznej, zgodnie z którą nowe osobniki będą funkcjonować w środowisku.
W okresie przekazywania informacji mogą zachodzić zmiany w genomie (w tym
korzystne), ułatwiające dostosowywanie się pokoleń do zmieniających się
warunków środowiska.
Zwierzęta cechuje bogactwo sposobów rozmnażania, jednakże można je
sprowadzić do dwóch podstawowych typów: rozmnażania bezpłciowego
(agamicznego, aseksualnego, wegetatywnego) i rozmnażania płciowego
(gamogonicznego, generatywnego, seksualnego).
U zwierząt, mających zdolność zarówno do rozmnażania płciowego, jak i
bezpłciowego mogą pojawiać się swoiste cykle w występowaniu tych dwóch
typów rozmnażania. Często pokolenie rozmnażające się płciowo i bezpłciowo
występują po sobie i taki sposób rozmnażania się gatunku jest nazywany
przemianą pokoleń – metagenezą (u parzydełkowców, przywr).
Odmianą przemiany pokoleń jest heterogonia, czyli rytmiczne następstwo
pokolenia rozmnażającego się płciowo i pokolenia rozmnażającego się
partenogenetycznie (mszyce, wrotki, rozwielitki).
Rozmnażanie bezpłciowe vs rozmnażanie płciowe
http://plfoto.com/zdjecie,zwierzeta
,zycie-seksualnezwierzat,2009075.html#
Rozmnażanie płciowe
pączkowanie drożdży
Naliściak pokrzywiak (Phyllobius urticae)
zachodzi bez udziału gamet,
zachodzi z udziałem gamet,
prosty przebieg,
zapłodnienie (zewnętrzne i wewnętrzne),
partner do rozrodu nie jest potrzebny,
najczęściej jest potrzebny partner do rozrodu,
osobniki potomne są identyczne genetycznie
osobniki potomne nie są identyczne genetycznie
z osobnikiem macierzystym,
z osobnikiem macierzystym,
osobniki
potomne
powstają
z
osobników
rozwój prosty lub złożony (z postacią larwalną).
macierzystych, lub z komórek somatycznych
Zwierzęta zdolne do rozmnażania płciowego wytwarzają
znajdujących się w osobnikach macierzystych.
komórki płciowe w procesie określanym GAMETOGENEZĄ.
Rozmnażanie bezpłciowe
• podział komórki
(pierwotniaki)
podział podłużny
(gąbki, parzydełkowce)
podział poprzeczny
(gąbki, parzydełkowce,
wieloszczety,)
podział wielokrotny
(gąbki, wirki, wieloszczety)
• pączkowanie
(gąbki, parzydełkowce, wirki,
kielichowate, sprzągle)
• przetrwalniki:
gemmule, soryty (gąbki); statoblasty
(mszywioły)
Organizmy potomne są kopiami
genetycznymi (klonami) organizmu
macierzystego
Podział wielokrotny
Poliembrionia
(wirki, przywry, tasiemce, mszywioły,
pierścienice, owady, ssaki)
Strobilizacja
(parzydełkowce)
Laceracja
(ukwiały,
żebropławy)
Grzegorz Nalepa: Genetyka. Wydanie III. Helion, Gliwice
Internet
PRZETRWALNIKI są wytwarzane przez gąbki w niesprzyjających warunkach środowiska:
mają krańcowo obniżony metabolizm,
charakteryzują się dużą odpornością na szkodliwe czynniki fizyczne i chemiczne,
rozwijają się w sprzyjających warunkach w organizmy dojrzałe, aktywne
metabolicznie.
Gąbki słodkowodne produkują gemmule, a gąbki morskie soryty.
W rozmnażaniu płciowym biorą udział dwa organizmy rodzicielskie, co wiąże się z
rozdzielnopłciowością, zróżnicowaniem osobników na dwie płcie: żeńską i męską.
Osobniki żeńskie wytwarzają gamety żeńskie, zwane komórkami jajowymi, męskie –
gamety męskie, zwane plemnikami.
Gametogeneza, w wyniku której powstają komórki jajowe, określana jest jako
oogeneza, a powstawanie plemników – jako spermatogeneza.
Rozmnażanie płciowe
- izogamia, anizogamia (pierwotniaki)
- oogamia (heterogamia) (zwierzęta
wielokomórkowe)
Zapewnia znaczną zmienność genetyczną
potomstwa! (mejoza)
Tylko nieliczne komórki zwierząt mogą przejść
mejozę – linia płciowa (komórki potencjalnie
nieśmiertelne)
Reszta komórek to komórki somatyczne
(budujące ciało) – umierają wraz z osobnikiem
którego budują
„Types of sex determination” autorstwa
CFCF - Praca własna. Licencja CC BY-SA
3.0 na podstawie Wikimedia Commons
Determinacja płci
środowiskowa (epigenetyczna)
Żółw malowany (Chrysemys picta): niskie zakresy temp. (28 st.) – samce, a wysokie (30 st.) samice.
Żółw jaszczurowaty (Chelydra serpentina): skrajne temperatury inkubacji (ponad 30 st. i
około 20 st.) indukowały wykluwanie samic,
temperatury umiarkowane czyli 22-28 st. indukowały wykluwanie samców.
Bassiana duperreyi
Jaja z determinacją płci
U małego górskiego gatunku z Australii i Tasmanii
czynnikiem determinującym płeć okazała się np. wielkość jaj.
Z dużych jaj wykluwały się samice, a z małych samce. Kiedy tuż po
złożeniu z dużego jaja usunie się trochę żółtka, na świat przyjdzie
samiec, nawet jeśli chromosomy są żeńskie.
Gdy do małego jaja wprowadzi się nieco dodatkowego żółtka, urodzi
się samica, nawet gdy chromosomy są męskie.
http://kopalniawiedzy.pl/jajo-wielkosc-plec-determinowac-scynkijaszczurki-Bassiana-duperreyi-samice-samce-Richard-Shine,7692
Często samiec różni się od samicy wyglądem zewnętrznym, co określane jest jako
dymorfizm płciowy.
Obojnaki (hermafrodyci) mają zarówno gonady męskie, jak i
żenskie. Zwykle u takich zwierząt zachodzi zapłodnienie
krzyżowe, to znaczy podczas kojarzenia każdy z osobników
funkcjonalnie jest jednocześnie samcem i samicą.
Niektóre obojnaki, np. tasiemce, mogą rozmnażać się przez
samozapłodnienie.
Obojnakami jest większość płazińców, a także liczne
skąposzczety, ślimaki i małże.
Gametogeneza
OOGENEZA
Wytwarzanie gamet męskich – plemników
SPERMATOGENEZA
Wytwarzanie gamet żeńskich – komórek jajowych
Gonada żeńska – jajnik
Gonada męska – jądro
Gonada obojnacza – ovotestis (niektóre wirki, nicienie,
brzuchonogi)
SPERMATOGENEZA
Spermatogeneza
Plemnik szczura
Plemnik nicienia C. elegans
Oogeneza
OOGENEZA
Klasyfikacja komórek jajowych
ilość żółtka
rozmieszczenie żółtka
alecytalne – brak żółtka
izolecytalne
oligolecytalne – mała ilość żółtka
rozmieszczone równomiernie
mezolecytalne – średnia ilość żółtka
telolecytalne
polilecytalne – duża ilość żółtka
rozmieszczone na biegunie
centrolecytalne
–
całe
–
całe
–
całe
rozmieszczone centralnie
żółtko
żółtko
żółtko
Funkcje osłon jajowych
ochrona komórki jajowej, a później zarodka przed fizycznymi i chemicznymi
czynnikami środowiska,
ochrona przed naturalnymi wrogami - mikroorganizmami lub drapieżnikami,
biorą udział w procesie zapłodnienia i zapobiegają polispermii,
regulują gospodarkę wodną zarodka,
uczestniczą w wymianie gazowej,
warunkują utrzymanie wewnętrznego mikrośrodowiska dla rozwoju zarodka.
Zaplemnienie i Zapłodnienie
Jeśli zarodek rozwija się w obrębie osłon zniesionego
jaja i z niego się wykluwa mówimy o JAJORODNOŚCI
(prawie wszystkie bezkręgowce, ryby, płazy, gady
ptaki i stekowce).
Jeżeli natomiast zarodek rozwija się w obrębie osłon
jajowych, ale w organizmie matki, mówimy o
JAJOŻYWORODNOŚCI
(niektóre pajęczaki, mięczaki, ryby
i gady).
ŻYWORODNOŚĆ polega na tym, że zarodek rozwija się
w drogach rodnych samicy i jest z nią ściśle połączony
(np. u ssaków zarodek rozwija się w silne ukrwionej
macicy, a wymiana substancji odbywa się poprzez
łożysko).
U zwierząt jajorodnych mamy do czynienia z
WYLĘGIEM, u pozostałych
– z PORODEM.
Etapy Rozwoju Zwierząt
Bruzdkowanie
podział zygoty na liczne komórki, powstanie blastuli
Gastrulacja
komórki tworzą warstwy (ekto-, mezo- i endoderma - formuje
się gastrula, powstaje wtórna jama ciała i pierwotne narządy
osiowe
Histo- i organogeneza
powstają tkanki i narządy, układy
Narodziny
jajo-, żyworodność, jajożyworodność
Rozwój pozazarodkowy
okres młodociany (często larwalny); okres dojrzałości; okres
starczy (w naturze występuje rzadko)
Śmierć
komórki somatyczne umierają wraz z organizmem
1. Bruzdkowanie
2. Gastrulacja
3. Histo- i organogeneza
4. Narodziny
5. Rozwój pozazarodkowy
Bruzdkowanie
• pierwszy etap rozwoju zarodka, związany z podziałem
zapłodnionego jaja na wiele małych komórek, zwanych
blastomerami.
• W procesie bruzdkowania zarodek z pojedynczej
komórki przekształca się w zespół komórek i podlega
złożonym przemianom, które stanowią podstawę do
przyszłych procesów różnicowania się komórek w
tkanki.
• W wyniku bruzdkowania powstaje blastula, pęcherzyk
zbudowany z komórek otaczających centralnie
położoną jamę, zwaną blastocelem.
Maćkowiak M., Michalak A (red). 2008 PWN
całkowite
Bruzdkowanie
częściowe
Rozwój płaza
Morula
1. Bruzdkowanie
2. Gastrulacja
3. Histo- i organogeneza
4. Narodziny
5. Rozwój pozazarodkowy
Gastrulacja
• kolejny etap rozwoju zarodkowego, w którym
blastomery o podobnych właściwościach
rozwojowych zajmują określone miejsca w
zarodku, tworząc zespoły komórkowe zwane
listkami zarodkowymi.
• W procesie gastrulacji powstają trzy listki
zarodkowe:
ektoderma,
mezoderma
i
endoderma, z których różnicują się określone
tkanki.
MEZODERMA i CELOMA u zwierząt powstaje na dwa sposoby
Schizocelia
Entrocelia
Rozwój jeżowca
1. Bruzdkowanie
2. Gastrulacja
3. Histo- i organogeneza
4. Narodziny
5. Rozwój pozazarodkowy
Organogeneza
3 – dniowy zarodek kury
kura
łyska
kaczka
1. Gametogeneza
2. Zapłodnienie
3. Bruzdkowanie
4. Implantacja zarodka
5. Gastrulacja
6. Organogeneza
7. Narodziny
8. Rozwój pozazarodkowy
Implantacja zarodka,
powstanie błon płodowych i łożyska
BŁONAMI PŁODOWYMI nazywamy te struktury i tkanki zarodka, które nie
wchodzą w skład jego ciała, lecz mają znaczenie tylko w życiu płodowym.
W błonach płodowych rozwijają się ptaki, gady i ssaki. U ssaków błony te
biorą udział w wytwarzaniu łożyska.
U owodniowców listki zarodkowe rozciągają się poza obręb okolicy, w której
leży zarodek i tworzą błony pozazarodkowe, służące do ochrony i
dostarczania substancji odżywczych. Do błon tych zaliczamy:
pęcherzyk żółtkowy,
owodnię (amnion),
kosmówkę (chorion).
omocznię (allantois).
Zwierzęta żyworodne
doczesna ścienna
doczesna podstawowa
sznur pępowinowy
łożysko
jama owodni
owodnia
kosmówka
doczesna pokrywowa
Zwierzęta jajorodne
FUNKCJE BŁON PŁODOWYCH SSAKÓW:
pęcherzyk żółtkowy:
organ szczątkowy,
pobieranie materiałów zapasowych od matki (w małym stopniu),
funkcja
krwiotworzenia
(na
jego
powierzchni
powstają
i pierwotne naczynia krwionośne),
wymiana gazowa,
jego pozostałość wchodzi w skład pępowiny,
owodnia (amnion):
okrywa zarodek (funkcja ochronna),
zapewnia „wodne” środowisko rozwoju,
udział w odżywianiu zarodka i wydalaniu metabolitów,
wchodzi w skład sznura pępowinowego,
kosmówka (chorion):
osłona zarodka (funkcja ochronna),
kontakt ze ścianą macicy (udział w tworzeniu łożyska),
pobieranie substancji odżywczych od matki,
udział w wymianie gazowej,
omocznia (allantois):
pobieranie substancji odżywczych od matki,
udział w wymianie gazowej,
wchodzi w skład pępowiny.
komórki
krwi
ŁOŻYSKO to przejściowy narząd płodowy występujący u ssaków łożyskowych,
który tworzy się dzięki kosmkom kosmówki (jedna z błon płodowych)
zagłębiających się w ścianie macicy i łączących się z błoną ściany tego narządu.
U człowieka łożysko zaczyna funkcjonować w 12 tygodniu ciąży.
Rozróżniamy w łożysku część płodową i część matczyną. Część płodową stanowi
unaczyniona kosmówka, część matczyną rozrośnięta i obficie unaczyniona część
błony śluzowej macicy, która wchodzi w kontakt z kosmówką. Kosmki rozwijają
się albo na całej powierzchni kosmówki – mamy wtedy do czynienia z
kosmówką kosmatą, albo też tylko niektóre jej odcinki pokryte są kosmkami, a
pozostała część jest gładka.
Krew matki i płodu nie miesza się, ale do krwi płodu mogą się przedostać dzięki
łożysku (za pomocą splotu naczyń krwionośnych pępowiny) składniki odżywcze,
witaminy, przeciwciała, wirusy, składniki antybiotyków.
łożysko
krążenie płodowe
pępowina
przestrzeń między
kosmkami
kosmki kosmówki
wyściółka macicy
żyły matczyne
tętnice matczyne
Łożysko krwio-kosmówkowe
FUNKCJE ŁOŻYSKA:
wymiana gazowa,
usuwanie produktów metabolizmu płodu (mocznik, kwas moczowy,
bilirubina),
dostarczanie substancji energetycznych (węglowodany, kwasy tłuszczowe,
glicerol, aminokwasy, białka, sole mineralne, witaminy) oraz budulcowych
dla płodu,
pełni rolę osłony mechanicznej i biologicznej płodu (zarodka),
łożysko jest również gruczołem wewnętrznego wydzielania:
wytwarza gonadotropinę kosmówkową (HCG), laktogen łożyskowy,
relaksynę, testosteron, progesteron i estrogeny: estron (E1), estradiol
(E2), estriol (E3) (dzięki obecności enzymów zachodzi w łożysku
przemiana hormonów steroidowych)
łożysko stanowi naturalną barierę immunologiczną, dzięki której organizm
matki wykazuje wybiórczą tolerancję na antygenowo często obcy
organizm płodu,
przez łożysko odbywa się również transport drobnoustrojów (wirusy
różyczki, ospy, odry, pierwotniaki), substancje szkodliwe (nikotyna,
alkohol, metale ciężkie, niektóre leki), hormony steroidowe, matczyny
antygen Rh i przeciwciała anty-Rh oraz matczyne przeciwciała (odporność
bierna, płód nie wytwarza swoich własnych przeciwciał)
1. Gametogeneza
2. Zapłodnienie
3. Bruzdkowanie
4. Implantacja zarodka
5. Gastrulacja
6. Organogeneza
7. Narodziny
8. Rozwój pozazarodkowy
1. Gametogeneza
2. Zapłodnienie
3. Bruzdkowanie
4. Implantacja zarodka
5. Gastrulacja
6. Organogeneza
7. Narodziny
8. Rozwój pozazarodkowy
ROZWÓJ ZŁOŻONY to taki, w którym występuje POSTAĆ LARWALNA, która ulega przeobrażeniu,
czyli istotnej zmianie budowy zewnętrznej i wewnętrznej. Taki rozwój przechodzą
między innymi parzydełkowce, płazińce, pierścienice, owady, mięczaki i płazy.
W ROZWOJU PROSTYM nie ma larw, a stadium młodociane jest miniaturą osobnika
dorosłego (niezdolną do rozrodu płciowego). Rozwój młodego osobnika przebiega
stopniowo, bez przeobrażenia i cechuje pajęczaki, ślimaki lądowe, głowonogi oraz
owodniowce.
Rozwój prosty – wzrost ciała
Larwa – stadium rozwojowe wyraźnie różniące się od postaci dojrzałej pod
względem morfologicznym i fizjologicznym
Typy larw
larwy pierwotne
lecitotropowa (np. planula)
planktotropowa (np. trochofora)
larwy wtórne
larwy stawonogów i płazów
(np. kijanka, czerw, pędrak,
larwa kampoidalna, gąsienica)
Larwy pierwotne
Larwy wtórne owadów
ROZWÓJ OWADÓW:
ametabolia – rozwój bez przeobrażenia (owady bezskszydłe),
hemimetabolia – przeobrażenie niezupełne (u prymitywnych owadów
skrzydlatych),
holometabolia – przeobrażenie zupełne (np.: motyle, ważki, chrząszcze).
holometabolia
hemimetabolia
czerw
trochofora
pędrak
żywik
pluteus
gąsienica
larwa kampodeidalna
glochidium
pływik
larwa kampodeidalna
planula
pędrak
Poczwarka zamknięta
Poczwarka wolna
Dziękuję za uwagę