Ugrás a tartalomhoz

Állattan

dr. Bakonyi Gábor, dr. Juhász Lajos, dr. Kiss István, dr. Palotás Gábor

Mezőgazda Kiadó

Az embrionális fejlődés citotipikus szakasza

Az embrionális fejlődés citotipikus szakasza

Barázdálódás

A barázdálódás (segmentatio) a zigóta osztódási folyamata, amelynek során számos utódsejt (blastomera) jön létre. Az újonnan képződött sejtek kezdetben általában még igen hasonló tulajdonságokkal és nagyfokú önállósággal bírnak.

A szűznemzés (parthenogenesis) során a petesejt barázdálódása megtermékenyítés nélkül is végbemegy. Ez előfordul például egyes kerekesférgek, rákok, rovarok, halak, kétéltűek és gyíkok körében (4.6.2. fejezet). A meg nem termékenyített petékből az adott állatfaj ivari kromoszómáitól függően rendszerint nőstények, ritkábban hímek (például a méhek esetében), vagy akár mindkét ivar egyedei (például egyes rák- és levéltetű-fajok esetében) is kifejlődhetnek. Természetes parthenogenezis esetén az utódok diploidok lesznek abban az esetben, ha a petesejt barázdálódása az érési osztódás (meiózis) előtt végbemegy. Ha a meiózis már lezajlott, akkor az utódoknak haploid kromoszómagarnitúrája lesz.

Ginogenezis (gynogenesis) alkalmával a petesejtbe behatoló inaktív vagy nem fajazonos spermium csak elindítja a barázdálódást, de genetikai állománya a további folyamatokban nem vesz részt. Előfordul például számos fonálféreg és az ezüstkárász esetében.

Mesterségesen mind a szűznemzés, mind a ginogenezis kiváltható bizonyos vegyi anyagokkal, extrém hő- és fényhatással, mechanikai beavatkozással, sugárzó anyagok segítségével.

A barázdálódás során a sejtosztódások típusa mitózis, a blasztomérák száma többnyire mértani haladvány szerint nő (2, 4, 8, 16, 32 … sejt), de ettől eltérő módon is alakulhat. A képződő sejtek osztódásai között növekedési periódus nincs, egyre kisebb sejtek jönnek létre, melyek össztérfogata a petesejt eredeti térfogatával egyezik meg. A blasztomérák a tartalék tápanyagaik felhasználásával igen intenzív DNS-szintézist folytatnak.

Az utódsejtek létrejötte történhet egyszerre (szinkron) vagy különböző (aszinkron) időritmusban.

A barázdálódás végbemenetele nagymértékben függ a petesejt szikanyagtartalmától és eloszlásától (2.1. táblázat, 2.9. ábra). A nagyobb mennyiségű szik lassítja vagy gátolja a blasztomérák osztódását. Ahol a zigótán belül a szikanyag koncentrálódik, ott nagyobb méretű sejtek (macromera) jönnek létre, míg a szikben szegényebb területen kisméretűek (micromera) keletkeznek. Így elkülönül a szikdús sejteket tartalmazó vegetatív pólus és a szikben szegény animális pólus.

Ha az osztódás a teljes térfogatra kiterjed, akkor a barázdálódás teljes (segmentatio totalis). Ellenkező esetben a barázdálódás részleges (segmentatio partialis). A teljes barázdálódást mutató (holoblasticus) zigóta utódsejtjeinek nagyságbeli eltérése alapján a szegmentáció lehet aequalis, amikor a blasztomérák egyformák, adaequalis, amikor közel egyformák és inaequalis, amikor különbözőek.

2.1. táblázat - Összefüggés a petesejt sziktartalma és eloszlása, valamint a barázdálódás módja között

Sziktartalom

Szikeloszlás

Barázdálódás típusa

Állatcsoport

ENDOLECITÁLIS PETÉK:

alecitális oligolecitális

izolecitális

totális

Ekviális adekviális

radiális

csalánozók

bilaterális

zsákállatok

Aszim- metrikus

emlősök*

mezolecitális

anizolecitális

inekviális

radiális

tüskésbőrűek

spirális

puhatestűek

gyűrűsférgek

Díszim-metrikus

Bordás- medúzák

bilaterális

tüdőshalak

kétéltűek

polilecitális

anizolecitális

telolecitális

parciális

inekviális

diszkoidális

skorpiók

fejlábúak

porcos halak

csontos halak

hüllők

madarak

centrolecitális

szuperficiális

ízeltlábúak

(kivétel: skorpiók)

EKTOLECITÁLIS PETÉK:

 

totális

ekviális

anarchikus

laposférgek


*Megjegyzés: Az emlősök teljes barázdálódása másodlagosan alakult ki, amit az is jelez, hogy a gasztrulációs folyamatok a sok szikanyagot tartalmazó petesejtű hüllőkéhez és madarakéhoz igen hasonlóan mennek végbe.

A teljes barázdálódású zigóta animális és vegetatív pólusát képzeletben összekötő tengelyhez viszonyítva a képződő sejtek helyzete lehet radiális, spirális, bilaterális, diszimmetrikus, aszimmetrikus és anarchikus. A radiális típusú barázdálódás esetében a blasztomérák a tengely körül sugárszimmetrikusan, egymás feletti sorokban, rétegekben helyezkednek el (2.8. ábra). Ennek során az első osztódási sík meridionális, vagyis az animális és vegetatív póluson megy át. A második osztódási sík is meridionális, de az előzőre merőleges helyzetű. A harmadik sík egyenlítői helyzetű. Ha a petesejt eredeti szikanyagtartalma egyenletes eloszlású volt, az animális és a vegetatív fél egyforma, míg egyenlőtlen szikeloszlás esetén az első egyenlítői barázda az animális pólushoz esik közelebb. A további osztódások során függőleges, vízszintes és a belső sejtrétegben a felszínnel párhuzamos barázdák alakulnak ki. Az osztódások kezdetben szinkron módon, később ettől eltérően alakulhatnak. Ez a barázdálódási mód tipikus formában jellemző a szivacsokra, csalánozókra és a tüskésbőrűekre. A kétéltűek és az emlősök zigótájának barázdálódása csak a kezdeti szakaszban mutat radiális típust, a későbbiekben már nem. A spirális barázdálódáskor az egyenlőtlen osztódással létrejövő sejtek nem egymás felett szabályosan helyezkednek el, hanem egymáshoz képest 45 fokkal elcsúszva (2.8. ábra). Egy felső mikroméra így két alatta lévő makromérához kapcsolódik. A blasztomérák a képzeletbeli tengelyhez képest eltolódhatnak egy azonos vagy váltakozó irányban, így az animális pólus felől nézve a barázdálódás spirálisnak látszik. Ez a soksertéjű gyűrűsférgekben és a puhatestűekben fordul elő. Bilaterális barázdálódás esetében már néhány sejtes állapotban szimmetriasík jelenik meg, az egyik oldalon lévő sejteknek a másik oldalon megtalálhatók a szimmetrikusan elhelyezkedő megfelelőik (2.8. ábra). Ilyen fordul elő például a fonálférgek, kerekesférgek, fejlábúak, zsákállatok körében. A kétéltűek kezdeti radiális barázdálódása később bilaterális vonásokat mutat. Diszimmetrikus barázdálódáskor a négysejtes állapottól kezdődően két szimmetriasík alakul ki (2.8. ábra). Ez jellemző egyes csalánozókra és a bordásmedúzákra. Anarchikus barázdálódás esetében a blasztomérák látszólag teljesen rendezetlen állapotban helyezkednek el, mint például egyes csalánozók hidromedúza-alakjaiban, egyes laposférgekben.

2.8. ábra - A teljes barázdálódás típusai a képződő blasztomérák helyzete és a szimmetriaviszonyok szerint. bi: bilaterális, di: diszimmetrikus, ra: radiális, sp: spirális (Siewing, Conglin, Stewing és Spek nyomán kissé módosítva)

kepek/2.8.abra.png


A teljes barázdálódást mutató petesejttel rendelkező fajok körében a leggyakoribb két barázdálódási típus a radiális és a spirális. Ez jól jellemzi a bilaterális, többsejtű állatok között meglévő két ágat, az ősszájúakat (Protostomia) és az újszájúakat (Deuterostomia). A radiális barázdálódás általában az újszájúakra, a spirális pedig az ősszájúakra jellemző.

A részleges barázdálódású (meroblasticus) zigóta fejlődése során csak a szikmentes vagy szikben szegény területen megy végbe a szegmentáció (2.9. ábra). Ez megvalósulhat az egyik póluson, csírakorongot létrehozva (segmentatio partialis discoidalis) vagy a felszíni rétegben (segmentatio partialis superficialis). Diszkoidális barázdálódás jellemző például a skorpiókra, a fejlábúakra, a csontos halakra, a hüllőkre, a madarakra és a kloákás emlősökre. Szuperficiális barázdálódás fordul elő az ízeltlábúak körében (a skorpiók kivételével). Ennél a barázdálódási típusnál a sejtmagok osztódnak, a felszíni rétegbe húzódnak, majd ezt követően jönnek létre a sejthatárok a plazma feldarabolódása során.

2.9. ábra - A barázdálódás típusai. 1.: első osztódások, 2.: morula állapot, 3.: blasztula metszetben, A: segmentatio totalis adaequalis, B: segmentatio totalis (emlősök esetében), C: segmentatio totalis inaequalis, D: segmentatio partialis discoidalis, E: segmentatio partialis superficialis (Több szerző nyomán módosítva)

kepek/2.9.abra.png


A korai blasztomérák képessége alapján meglehet különböztetni regulációs és mozaik típusú barázdálódást, illetve embriókat.

A regulációs képességű embriók blasztomérái képesek korrigálni a bekövetkezett sérüléseket, sejtkieséseket. A blasztomérákat egymástól elválasztva, azok normális egyedekké fejlődnek. Ez azt jelenti, hogy ezek a sejtek totipotenciájukat bizonyos számú osztódásig nem vesztik el. Ilyen képességgel rendelkeznek az elsősorban radiális barázdálódást mutató újszájú állatok, így a tüskésbőrűek, valamint a gerincesek embriói a korai fejlődés időszakában. Az emlősállatok in vitro történt megtermékenyítése esetén (az embernél is) például a nyolcsejtes állapotban lehetőség van egy blasztoméra eltávolítására az esetleges genetikai eredetű betegségek tesztelése céljából. A megmaradt sejtek normális utóddá fejlődnek.

A mozaik típusú embriók blasztomérái eleve determináltakká válnak, azaz beszűkül a fejlődési potenciájuk. Ha az ilyen sejteket szétválasztjuk, akkor azokból nem fejlődnek normális egyedek, mindegyik blasztoméra azt a fejlődési irányt folytatja, amelyiken már elindult. A zigótán már előre meg lehet határozni azokat a területeket, amelyekből az egyes csíralemezek, ősi szervtelepek ki fognak alakulni, így már az első osztódás során létrejövő sejtek meghatározott fejlődési irányúak. Igen gyakori, hogy már a petesejt is determinált régiókra oszlik, azaz elkülöníthetőek a leendő egyed elülső és hátulsó végének, illetve a háti és hasi oldalának megfelelő területek. Ez a determinisztikus fejlődési típus az ősszájú, főleg spirális barázdálódást mutató állatokra, például az örvényférgekre, a fonálférgekre, a kerekesférgekre, a gyűrűsférgekre, a legtöbb puhatestűre és számos rovarfajra jellemző.

Szedercsíra állapot

A barázdálódás eredményeként egyre több blasztoméra keletkezik. A tizedik osztódás után általában már több mint 1000 sejt jön létre, kialakul a szedercsíra (morula) állapot. Az egyre csökkenő méretű blasztomérák elhelyezkedése a petesejt szikanyagtartalmától és annak eloszlásától függ (2.9. ábra). A barázdálódás végére például az ízeltlábúakban mintegy 6000, a lándzsahalban 9000, a békákban közel 700 000 blasztoméra alakul ki.

Az állattenyésztési kutatásokban és gyakorlatban felhasználják az emlősmorulát alkotó blasztomérák azon képességét, hogy néhány sejtes állapotban még totipotensek. A morulát alkotó sejteket szétválasztva és továbbnevelve (klónozás) elérhető, hogy genetikailag teljesen azonos egyedeket hozzanak létre. Kiméra (chymera) előállítása esetén két különböző morula blasztoméráit helyezik egy közös peteburokba. A kiváló képességű anyaállatokból (donor) a morula állapotban lévő utódokat ki lehet mosni, és azok más, kevésbé értékes nőstények (fogadó-recipiens) méhébe helyezhetők be. A morula mélyhűthető, és ilyen formában a felhasználási helyre szállítható.

Hólyagcsíra állapot

A fejlődő csíra belsejében, a felszíni rétegbe rendeződő blasztomérák alatt általában barázdálódási üreg (blastocoel) jön létre. Ezt az állapotot hólyagcsírának (blastula) nevezik. A barázdálódás típusától függően a barázdálódási üreg alakja, mérete, elhelyezkedése különbözőképpen alakul (2.9. ábra).

Ha a barázdálódási üreg igen erősen redukálódott vagy teljesen hiányzik, akkor tömött blasztula (sterroblastula) jön létre (például egyes csalánozók és soksertéjű gyűrűsférgek).

Teljes barázdálódás esetén a blasztocöl nagy kiterjedésű üreg (coeloblastula) lehet. Szikmentes vagy kevés szikű peték teljes barázdálódása terjedelmes, általában központi elhelyezkedésű blasztocölt hoz létre. Közepes szikanyagtartalmú petéknél (például a kétéltűeknél) a vegetatív póluson lévő, nagyobb méretű makromérák miatt a blasztocöl excentrikus elhelyezkedésű (amphiblastula), vagyis az animális pólushoz közelebb tolódott és alakja nem szabályos gömb.

Részleges barázdálódásnál, ha az diszkoidális módon ment végbe, a korong alakban rendeződött blasztomérák (madaraknál megközelítőleg 60 ezer sejt) blasztodermát alakítanak ki. A blasztoderma és az alatta lévő nagy mennyiségű szik között keskeny üreg (subgerminalis üreg) jön létre. Halaknál a blasztoderma alatt, a szikanyag felszínén szincíciális periblast sejtréteg alakul ki. A leendő embrió farki, kaudális végén a blasztodermasejtek felszaporodása megvastagodáshoz vezet. Az itt lévő hypoblast sejtek az entodermát fogják kialakítani (2.13. ábra). Hüllőknél és madaraknál a csírapajzs széli része a szikanyaggal létesít kapcsolatot (area opaca), míg a centrális helyzetűek elvesztették a közvetlen érintkezést (area pellucida) a szikanyaggal, alattuk jön létre a szubgerminális üreg. A sok sejtrétegű blasztoderma szikanyag felé néző alsó sejtjei elválnak a felette lévőktől, kialakítanak egy alsó sejtréteget (hypoblast) (2.14. ábra). A felszíni réteg (epiblast) és a hipoblaszt között a blasztocöl jön létre (discoblastula).

A centrolecitális peték szuperficiális barázdálódása során a felszíni vékony periplazma rétegbe húzódott, kevés plazmával határolt sejtmagok kezdetben sejthatár nélküli szincíciumot alkotnak. Később sejtekre tagolódnak, blasztodermát alkotnak. Előfordul, hogy a blasztoderma kezdetben csak bizonyos területen alakul ki, majd később szétterjedve borítják be a teljes felszínt (2.16. ábra). Barázdálódási üreg nem képződik, periblastula alakul ki.

Annak ellenére, hogy az emlősállatok zigótája másodlagosan oligolecitális és izolecitális típusú, mégis teljes barázdálódást mutat. A kialakuló blasztula (blastocysta) felépítése, további differenciálódása viszont a diszkoidális barázdálódásúakra jellemző, valamint más speciális vonásokat is mutat. A külső elhelyeződésű sejtek (trophoblast) rétegéből a blasztocölbe türemkedik az embriócsomó (embryoblast). Később az embriócsomó alsó sejtjei elkülönülve az elsődleges entodermával határolt szikzacskót alakítják ki (2.15. ábra). A felső helyzetű sejtekből az amnion jön létre. Az embriócsomó többi sejtjei az ektodermából, mezodermából és az entodermából álló, lapos, korong formájú csírapajzsot alkotják (2.15. ábra). A blasztociszta a trofoblaszt sejtek által termelt enzimek aktivitása révén a méh nyálkahártyájába süllyed, beágyazódik (implantatio). A trofoblaszt sejtek egy része az anyai placentával való szoros kapcsolatot alakítja ki (syncytiotrophoblast sejtek), míg a többiek kívülről határolják a fejlődő embriót (cytotrophoblast sejtek).

Hólyagcsíra állapotban a blasztodermán speciális módszerekkel meg lehet különböztetni azokat a területeket (praesumptiv areák), amelyekből a leendő csíralemezek, ősi szervtelepek, illetve szervek majd kialakulnak (2.10. ábra), így megrajzolható a fejlődő embrió sejtjeinek „sorstérképe”.

2.10. ábra - A preszumptív areák elhelyezkedése a békák blasztuláján. A: oldalnézetben, B: az ősszáj felől nézve. ee: epidermális ektoderma, en: entoderma, ko: korda mezoderma, me: mezoderma, ne: neurális ektoderma, ős: ősszájnyílás (Torrey nyomán kissé módosítva)

kepek/2.10.abra.png