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Nachfolgend soll kurz eine Einführung in die Entwicklungsbiologie des Menschen gegeben werden. Biologische Klassifizierung des Menschen Im Reich der Organismen gehören die Menschen zum Stamm der Vertebrata (= Wirbeltiere) und den Amniota (= Tiere, die eine Eihülle (Fruchtblase) bilden), zu denen neben den Amphibien, Reptilien und Vögeln auch die Klasse der Mammalia (= Säugetiere) zugeordnet sind.
Zu den Mammalia gehören die
Die obige Einordnung in den Stammbaum der Lebewesen wird Phylogenie (= Stammesentwicklung) genannt. Die Entwicklung des Einzellebewesens von einer Zygote zum erwachsenen Organismus nennt man Ontogenie.
Die Keimbahn des Menschen ist in Abb. 3 dargestellt. Bevor man im 19. und 20. Jahrhundert die Entwicklung der Organismen genauer erforschte, dachten die Wissenschaftler, daß sich in einer befruchteten Eizelle ein kleiner aber kompletter Organismus befindet. Tatsächlich fand man, daß sich aus der befruchteten Eizelle (Zygote), die durch Verschmelzung der Gameten im weiblichen Eileiter entsteht durch Spezialisierung der sich teilenden Zellen ein Embryo entsteht, der sich über viele Stufen bis zur Geburt weiterentwickelt. Ab dem 3. Monat der Entwicklung nennt man den Embryo Fötus. Diese Entwicklung ist also in 3 Stufen gegliedert:
1. Präembryonische Phase Die Befruchtung und damit die Bildung der Zygote (= befruchtete Eizelle) ist der Beginn eines jeden Lebewesens bei geschlechtlicher Fortpflanzung. Sie geschieht üblichweise im oberen Teil des weiblichen Eileiters. Menschen besitzen wie alle Amnioten ( Im Gegensatz zum z.B. Fischen) ein innere Befruchtung. Ca. 30 Minuten nach der Ejakulation ( = Samenaustritt) findet man Spermien im Eileiter, die sich mit Hilfe ihrer Geißel fortbewegen. Von den mehreren 100 Millionen Spermien erreichen nur einige Tausend die Eizelle.
Die Befruchtung benötigt das Zusammenwirken von Spermium und Eizelle. Nur ein Spermium kann die Eizelle befruchten. Die Spermien durchdringen zunächst die Corona radiata und ein Spermium dockt an spezielle Rezeptoren der Oozytenmembran an, was die anderen Spermien am weiteren Eindringen hindert. In der Kopfregion der Spermas, bestehend aus dem Akrosom und dem Kern sind geschützt durch eine kleine Kappe Verdauungsenzyme, die beim Durchdringen durch verschiedenen Schichten der Eizelle behilflich sind. Die Kappe wird im Uterus abgestreift (= Kapazitation). Das Eindringen des Spermas initiiert in der Eizelle die Meiose II. Das Mittelstück mit den männlichen Mitochondrien samt Schwanz des Spermas dringt nicht in das Zytoplasma der Eizelle ein. (Somit kommen die Mitochondrien des neuen Organismus von der Eizelle der Mutter) Danach verschmelzen die Kerne der Eizelle und des Spermas zur Zygote. Furchung Nach der Kernverschmelzung in der befruchteten Eizelle beginnt nach wenigen Stunden die erste Zellteilung zum 2-Zellstadium über ein 4-Zell, -8-Zell-Stadium bis zur Morula, einem rundlichen Zellhaufen am 3.-4. Tag. Die Zellteilung geschieht per Mitose, also alle der Zygote nachfolgenden Zellen sind genetisch identisch (Klone). Man nennt diese ersten Zellteilungen auch Furchung. Sie tritt bei allen Vielzellern auf. Bei Fröschen entstehen so in 40 Stunden 37 000 Zellen.
Aus der Morula wird dann im Eileiter nach ca. 5-6 Tagen die Blastocyste (=Keimbläschen) oder Blastula (= Blastulation), die sich dann in die Uterusschleimhaut einnistet.
Die Blastula enthält eine eine kugeförmige Zellschicht (=Trophoblast; daraus werden extraembryonische Strukturen wie die Plazenta), die einen flüssigkeitsgefüllten Hohlraum (= Blastozoel) umgibt. Aus der inneren Zellmasse wird später der Embryo. Die abnehmende Zellgröße der Blastulazellen erhöht ihre Oberflächen/Volumenverhältnis und verbessert den O2-Austausch mit der Umgebung. RNA und andere informationstragende Moleküle sind in verschiedenen Blastulabereichen verteilt und schaffen Voraussetzung für die nachfolgende Gewebebildung. Die vergleichende Embryonalentwicklung bei verschiedenen Wirbeltieren ist nachfolgender Abbildung zu entnehmen.
Die Zell-Spezialisierung ist eine Folge differentieller Genaktivität. Dies bedeutet, daß zu einer bestimmten Zeit nur bestimmte Gene aktiv sind, die durch Induktoren an - und abgeschaltet werden.
Implantation Die Einnistung der Blastocyste geschieht ca. 6 - 7 Tage nach der Befruchtung und ist damit analog zu demselben Vorgang in den Primaten. Beim Menschen geschieht dies in 3 Schritten (Abb. 9):
Die Uterusschleimhaut reagiert auf die Implantation mit der Dezidualreaktion, die das Endometrium in die Dezidua umwandelt. Die Dezidualreaktion zeichnet sich durch die Infiltration von zahlreichen Leukozyten (= weiße Blutkörperchen) aus, die aus dem mütterlichen Organismus stammen, sowie der Veränderung der extra-zellulären Matrix (EZM). Die Zellen des Bindegewebes wandeln sich in grosse polygonale Zellen um, die Glykogen ( =Kohlenhydrat) und Fette speichern. Gastrulation Die innere Zellmasse der eingedrungenen Blastocyste bildet eine zweischichtige embryonale Scheibe (zweiblättriges Keimblatt) bestehend aus dem inneren Ektoderm und dem äußeren Endoderm. Dies ist die erste Anlage des Embryos. Mit dieser Keimblattbildung beginnt die Gastrulation. Ab dem 10. Tag ist die sich verändernde Blastocyste vollständig im Stroma der Uterusschleimhaut eingebettet. Die zweiblätterige Keimscheibe differenziert sich weiter zur dreiblätterigen Keimscheibe, indem Zellen zwischen die beiden bereits bestehenden Keimblätter einströmen und so das dritten embryonalen Keimblatt (Mesoderm) bilden. Dieses Phänomen wird auch als Gastrulation bezeichnet. Nach außen hat sich ein Dottersack gebildet.
Zu beachten ist, daß nachwievor alle hier erwähnten Zellen die gleiche DNA haben. In verschiedenen Zellen werden nur unterschiedliche Gene aktiviert und abgeschaltet. Dies nennt man Zelldifferenzierung. Aus den 3 Keimblättern entwickeln sich später:
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