Эмбриология - Embryology

Эта статья о развитии эмбрионов у животных. О развитии зародышей растений см. Спорофит.

1 - морула, 2 - бластула
1 - бластула, 2 - гаструла с бластопором; оранжевый - эктодерма, красный - энтодерма

Эмбриология (от Греческий ἔμβρυον, эмбрион, "нерожденный, эмбрион "; и -λογία, -логия ) является ветвью биология который изучает пренатальное развитие из гаметы (половые клетки), оплодотворение, и развитие эмбрионы и плоды. Кроме того, эмбриология включает изучение врожденный расстройства, возникающие до рождения, известные как тератология.

Ранняя эмбриология была предложена Марчелло Мальпиги, и известный как преформизм, теория о том, что организмы развиваются из уже существующих миниатюрных версий самих себя. потом Аристотель предложил теорию, которая сейчас принята, эпигенез. Эпигенез идея, что организмы развиваются из семян или яиц в последовательности шагов. Современная эмбриология развивалась на основе работ Карл Эрнст фон Бэр, хотя точные наблюдения были сделаны в Италии анатомами, такими как Альдрованди и Леонардо да Винчи в эпоху Возрождения.

Сравнительная эмбриология

Преформизм и эпигенез

Крошечный человек (а гомункул) внутри сперма, как нарисовано Николаас Хартсукер в 1695 г.

Еще в XVIII веке преобладающим представлением в западной эмбриологии человека было преформация: идея о том, что сперма содержит эмбрион - предварительно сформированного, миниатюрного младенца или гомункул - это просто становится больше в процессе разработки.

Конкурирующим объяснением эмбрионального развития было эпигенез, первоначально предложенный 2000 лет назад Аристотель. Большая часть ранней эмбриологии возникла в результате работ Итальянский анатомы Альдрованди, Аранцио, Леонардо да Винчи, Марчелло Мальпиги, Габриэле Фаллоппио, Джироламо Кардано, Эмилио Парисано, Фортунио Лицети, Стефано Лоренцини, Спалланцани, Энрико Сертоли, и Мауро Рускони. Согласно эпигенезу, форма животного постепенно возникает из относительно бесформенного яйца. Так как микроскопия Благодаря усовершенствованию в XIX веке биологи смогли увидеть, что эмбрионы формировались в виде ряда прогрессивных шагов, а эпигенез вытеснил преформацию, как излюбленное объяснение среди эмбриологов.

Расщепление

Расщепление это самые первые шаги развивающегося эмбриона. Расщепление относится ко многим митотическим делениям, которые происходят после яйцо удобряется сперма. Способы деления клеток специфичны для определенных видов животных и могут иметь множество форм.

Холобластик

Голобластический спайм это полное деление клеток. Голобластическая спайность может быть радиальной (см .: Радиальный раскол ), спираль (см .: Спиральное декольте ), двусторонний (см .: Двустороннее декольте ) или вращательного (см .: Вращательное расщепление ). При голобластном дроблении все яйцо делится и становится эмбрионом, тогда как при меробластном дроблении одни клетки становятся эмбрионом, а другие - желточным мешком.

Меробластик

Меробластическая спайность это неполное деление клеток. Борозда деления не выступает в желточную область, так как эти клетки препятствуют образованию мембраны, и это вызывает неполное разделение клеток. Дробление меробластов может быть двусторонним (см .: Двустороннее декольте ), дискоидальная (см .: Дискоидное расщепление ), или центролецитал (см .: Центролецитал ).

Базальный тип

Животные, принадлежащие к базальным типам, имеют голобластическое радиальное расщепление, которое приводит к радиальной симметрии (см.: Симметрия в биологии ). Во время расщепления есть центральная ось, вокруг которой вращаются все подразделения. Базальный тип также имеет от одного до двух слоев эмбриональных клеток по сравнению с тремя слоями у двусторонних животных (энтодерма, мезодерма, и эктодерма ).

Билатерианцы

В двусторонние животные расщепление может быть либо холобластическим, либо меробластическим, в зависимости от вида. В течение гаструляция то бластула развивается одним из двух способов, которые делят все животное царство на две половины (см.: Эмбриологическое происхождение рта и ануса ). Если в бластула первая пора, или бластопор, становится пастью животного, это протостом; если бластопор становится анусом, то это дейтеростом. В протостомы включать большинство беспозвоночный животные, такие как насекомые, черви и моллюски, а дейтеростомы включить позвоночные. Со временем бластула превращается в более дифференцированную структуру, называемую гаструла. Вскоре после гаструла формируется три отдельных слоя клеток ( ростковые отростки ), из которого затем развиваются все органы и ткани тела.

Слои зародышей

  • Самый внутренний слой, или энтодерма, вызывают развитие органов пищеварения, жабр, легких или плавательного пузыря, если таковые имеются, а также почек или нефритов.
  • Средний слой, или мезодерма, дает начало мышцам, скелету, если таковой имеется, и кровеносной системе.
  • Внешний слой клеток, или эктодерма, дает начало нервной системе, включая мозг, кожу или панцирь, волосы, щетину или чешую.

Drosophila melanogaster (плодовая муха)

Дрозофилы много лет использовались в качестве модели развития. Проведенные исследования обнаружили множество полезных аспектов развития, которые применимы не только к плодовым мухам, но и к другим видам.

Ниже описан процесс, который приводит к дифференцировке клеток и тканей.

  1. Гены материнского эффекта помочь определить передне-заднюю ось с помощью Бикоид (ген) и Нанос (ген).
  2. Гены разрыва установить 3 широких сегмента зародыша.
  3. Гены парных правил определяют 7 сегментов эмбриона в пределах второго широкого сегмента, который был определен генами гэпа.
  4. Гены сегментной полярности определите еще 7 сегментов, разделив каждый из ранее существовавших 7 сегментов на переднюю и заднюю половины, используя градиент Ежик и Wnt.
  5. Гомеотические (Hox) гены использовать 14 сегментов в качестве точек для определения конкретных типов дифференцировки клеток и гистологического развития, соответствующих каждому типу клеток.

Люди

Люди двусторонние животные которые имеют голобластическую ротационную спайность. Люди тоже дейтеростомы. Применительно к людям термин «эмбрион» означает клубок делящихся клеток с момента зарождения. зигота имплантирует себя в матка стенка до конца восьмой недели после зачатия. По истечении восьмой недели после зачатия (десятая неделя беременности) развивающийся человек называется плодом.

Эволюционная эмбриология

Эволюционная эмбриология - это расширение сравнительной эмбриологии идеями Чарльз Дарвин. Аналогично Карл Эрнст фон Бэр Принципы, объясняющие, почему многие виды часто кажутся похожими друг на друга на ранних стадиях развития, Дарвин утверждал, что отношения между группами могут быть определены на основе общих эмбриональных и личиночных структур.

Принципы фон Бэра

  1. Общие функции появляются раньше в разработке, чем специализированные.
  2. Более специализированные персонажи развиваются из более общих.
  3. Эмбрион данного вида никогда не напоминает взрослую форму более низшего.
  4. Эмбрион данного вида действительно напоминает эмбриональную форму более низкого.[1]

Используя теорию Дарвина, эволюционные эмбриологи с тех пор смогли различать гомологичные и аналогичные структуры между различными видами. Гомологические структуры это те, что сходства между ними происходят от общего предка, такого как человеческая рука и крылья летучей мыши. Аналогичные конструкции те, которые кажутся похожими, но не имеют общего наследственного происхождения.[1]

Истоки современной эмбриологии

Вплоть до зарождения современной эмбриологии путем наблюдения за яйцеклеткой млекопитающих Карл Эрнст фон Бэр в 1827 году не было четкого научного понимания эмбриологии. Только в конце 1950-х годов, когда ультразвук впервые был использован для сканирования матки, была доступна истинная хронология развития человеческого плода. Карл Эрнст фон Бэр вместе с Хайнц Кристиан Пандер, также предложил зародышевый лист теория развития, которая помогла объяснить, как эмбрион развивался постепенно. Часть этого объяснения исследовала, почему эмбрионы многих видов часто кажутся похожими друг на друга на ранних стадиях развития, используя его четыре принципа.

Современные исследования эмбриологии

Эмбриология занимает центральное место в эволюционная биология развития ("evo-DevO"), изучающая генетический контроль процесса развития (например, морфогены ), его ссылка на клеточная сигнализация, его роль в некоторых заболеваниях и мутации, и его ссылки на стволовая клетка исследование. Эмбриология - ключ к Гестационное суррогатное материнство Это когда сперма предполагаемого отца и яйцеклетка предполагаемой матери сливаются в лаборатории, образуя эмбрион. Затем этот эмбрион помещают в суррогатную мать, которая выносит ребенка до срока.

Медицинская эмбриология

Медицинская эмбриология широко используется для выявления аномалий еще до рождения. 2-5% младенцев рождаются с наблюдаемыми аномалиями, и медицинская эмбриология исследует различные способы и стадии, на которых появляются эти аномалии.[1] Генетически обусловленные аномалии называются пороки развития. Когда имеется несколько пороков развития, это считается синдром. Когда аномалии появляются из-за внешних участников, это сбои. Внешние участники, вызывающие сбои, известны как тератогены. Общие тератогены - алкоголь, ретиноевая кислота,[2] ионизирующее излучение или гипертермический стресс.

Эмбриология позвоночных и беспозвоночных

Многие принципы эмбриологии применимы как к беспозвоночным, так и к позвоночным. Таким образом, изучение эмбриологии беспозвоночных продвинуло изучение эмбриологии позвоночных. Однако есть и много отличий. Например, многие виды беспозвоночных выделяют личинка до завершения разработки; в конце личиночного периода животное впервые становится похожим на взрослого человека, похожего на своего родителя или родителей. Хотя эмбриология беспозвоночных в чем-то схожа для разных беспозвоночных животных, существует также бесчисленное множество вариаций. Например, в то время как пауки переходят непосредственно от яйца к взрослой форме, многие насекомые развиваются, по крайней мере, через одну личиночную стадию. В течение десятилетий для эмбриологии определенных видов был разработан ряд так называемых нормальных таблиц стадий, в основном сосредоточенных на внешних признаках развития. . Поскольку различия в прогрессе развития затрудняют сравнение между видами, основанный на характере Стандартная система событий был разработан, который документирует эти различия и позволяет проводить филогенетические сравнения между видами.[3]

Рождение биологии развития

После 1950-х гг. ДНК раскрытие спиральной структуры и растущие знания в области молекулярная биология, биология развития возникла как область исследования, которая пытается связать гены с морфологическими изменениями и таким образом пытается определить, какие гены ответственны за каждое морфологическое изменение, происходящее в эмбрионе, и как эти гены регулируются.

  • Человек эмбрионы от Леонардо да Винчи
  • Человеческий эмбрион на сроке беременности шесть недель
  • Гистологический снимок 10-дневного эмбриона мыши

На сегодняшний день эмбриология человека преподается как краеугольный предмет в медицинские школы, а также по программам биологии и зоологии как на уровне бакалавриата, так и на уровне магистратуры.

  • Человеческий эмбрион в шестинедельный срок беременности

  • Гистологический снимок 10-дневного эмбриона мыши

На сегодняшний день эмбриология человека преподается как краеугольный предмет в медицинские школы, а также по программам биологии и зоологии как на уровне бакалавриата, так и на уровне магистратуры.

Смотрите также

использованная литература

Цитаты

  1. ^ а б c Гилберт, Скотт Ф., 1949- (15 июня 2016 г.). Биология развития. Баррези, Майкл Дж. Ф., 1974- (Одиннадцатое изд.). Сандерленд, Массачусетс. ISBN  978-1-60535-470-5. OCLC  945169933.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  2. ^ Сопрано, Дайан Роберт; Сопрано, Кеннет Дж. (1 июля 1995 г.). «Ретиноиды как тератогены». Ежегодный обзор питания. 15 (1): 111–132. Дои:10.1146 / annurev.nu.15.070195.000551. ISSN  0199-9885. PMID  8527214.
  3. ^ Вернебург, Ингмар (2009). «Стандартная система для изучения эмбрионов позвоночных». PLOS ONE. 4 (6): e5887. Дои:10.1371 / journal.pone.0005887. PMID  19521537.

Источники

  • Эмбриология - История эмбриологии как науки. "Science Encyclopedia. Web. 6 ноября 2009 г."http://science.jrank.org/pages/2452/Embryology.html >.
  • «Росточный слой». Encyclopdia Britannica. 2009. Британская энциклопедия онлайн. 6 ноября 2009 г. <http://www.britannica.com/EBchecked/topic/230597/germ-layer >.
  • Велтон, Джон. «| Circle Surrogacy ". Circle Surrogacy, Full Service, Worldwide Surrogate-Parenting Agency, www.circlesurrogacy.com/about/what-is-surrogacy.

дальнейшее чтение

  • Апостоли, Пьетро; Каталани, Симона (2011). «Глава 11. Ионы металлов, влияющие на размножение и развитие». В Астрид Сигель, Гельмут Сигель и Роланд К. О. Сигель (ред.). Ионы металлов в токсикологии. Ионы металлов в науках о жизни. 8. Издательство РСК. С. 263–303. Дои:10.1039/9781849732116-00263. ISBN  978-1-84973-091-4.
  • Скотт Ф. Гилберт. Биология развития. Синауэр, 2003. ISBN  0-87893-258-5.
  • Льюис Вулперт. Принципы развития. Издательство Оксфордского университета, 2006. ISBN  0-19-927536-X.
  • Карлсон, Брюс М .; Кантапутра, Пиранит Н. (2014). Эмбриология человека и биология развития. Филадельфия, Пенсильвания: Эльзевьер / Сондерс. ISBN  978-1-4557-2794-0. (для получения дополнительной информации нажмите здесь )

внешние ссылки