BIOLOŠKI FAKULTET

UNIVERZITET U BEOGRADU

SEMINARSKI RAD

Tema: EMBRIONALNO RAZVIĆE VODOZEMACA

Predmet: Uporedna embriologija životinja

Beograd,2010.

Sadržaj

1. Uvod ...............................................................................................................3

2. Brazdanje i blastulacija ..................................................................................3

3. Gastrulacija ....................................................................................................5

4. Organogeneza .................................................................................................8

5. Zaključak ........................................................................................................14

Literatura ............................................................................................................15

2

1. Uvod

Embriogeneza je proces tokom kog se embrion formira i razvija. Počinje oplođenjem jajne ćelije kada nastaje zigot. Kod vodozemaca oplođenje je najčešće spoljašnje. Gameti se izbacuju u vodenu sredinu gde se spajaju. Embrion se nakon toga razvija u spoljašnjoj sredini.

Nakon oplođenja razviće vodozemaca se nastavlja procesom brazdanja, odnosno sukcesivnim mitotičkim deobama u kojima se citoplazma zigota deli na veliki broj manjih ćelija- blastomera.Sa formiranjem blastule započinje proces koordinisanih pokreta ćelija i tkiva pomoću kojih se ćelije blastule preuređuju. Blastula je izgrađena od velikog broja ćelija koje za vreme gastrulacije zauzimaju nove pozicije, čime se uspostavlja višeslojna telesna organizacija. Nakon toga započinje proces formiranja organa ili organogeneza.

2. Brazdanje i blastulacija

Prve mitotičke deobe obuhvataju deobe brazdanja prilikom kojih nastaju ćelije zvane blastomere. Period brazdanja traje od oplođenja do obrazovanja karakterističnog stupnja razvića, blastule. Ovaj period se karakteriše brzim sikcesivnim deobama koje nisu praćene periodima rastenja. Najveći značaj u determinisanju svojstava brazdanja ima sadržaj žumanceta. Vodozemci imaju mezolecitni tip jajeta. Žumance je koncentrisano samo na jednom kraju ćelije (vegetativnom) pa se mogu razlikovati animalni i vegetativni pol. Kod većine vodozemaca brazdanje je radijalno simetrično i holoblastično (potpuno). Žumance je koncentrisano na vegetativnoj hemisferi i neznatno usporava brazdanje. Iako je tempo obrazovanja deobnih brazdi ovde sporiji nego u animalnoj polovini, formiraju se potpune blastomere, ali one su nejednake veličine. Naime, ćelije vegetativne polovine su znatno veće nego one na animalnoj polovini i ta razlika u veličini blastomera postoji sve do stupnja gastrule. Prva deoba započinje na animalnom polu i polako se pruža prema vegetativnom regionu. I dok prva deobna brazda prolazi kroz citoplazmu vegetativne hemisfere, druga deoba u blizini animalnog pola već počinje. Druga deobna brazda je pod pravim uglom u odnosu na prvu i takođe je meridionalna. Treća deoba je ekvatorijalna, ali je nešto bliža animalnom polu i deli embrion na četiri male animalne blastomere ( mikromere - sa relativno malo žumanceta ) i četiri velike vegetativne blastomere ( makromere - sa velikom količinom žumanceta ). Od tog trenutka mikromere se dele relativno brzo, dok se makromere dele sporije, s obzirom na to da je njihova citoplazma bogata žumancetom.

3

Slika 1. Brazdanje jajeta žabe

Ovakvo nejednako holoblastičko brazdanje uspostavlja dva osnovna embrionalna regiona – animalni (gornji) i vegetativni (donji). Animalni region se sastoji od mnogobrojnih malih ćelija koje se brzo i sinhrono dele pokrivajući relativno mali blastocel. Vegetativni region predstavlja najmanje polovinu čitavog embriona i sastoji se od relativno velikih ćelija koje se sporo dele. Kada embrion dostigne stupanj između 16 i 64 ćelije obično se označava kao morula. Blastocel postaje vidljiv tek na stupnju od 128 ćelija, a embrion se tada naziva blastula. Blastocel vodozemaca je pomeren ka animalnom polu i ima dve osnovne funkcije: omogućava ćelijsku migraciju tokom gastrulacije i sprečava kontakt vegetativnih ćelija budućeg endoderma sa ćelijama ektoderma od kojih će se razviti koža i nervi.

Slika 2. Rano brazdanje žabe Slika 3. Kasno brazdanje žabe

4

Slika 4. Blastula žabe

3. Gastrulacija

Blastula vodozemaca ima ekscentrično smešten blastocel čiji pod čine velike žumancetom bogate ćelije raspoređene u nekoliko slojeva, dok je krov sastavljen od malih ćelija, siromašnih žumancetom. Sudbina ovih različitih ćelija utvrđena je metodom markiranja vitalnim bojama. Vitalnim bojama se ćelije boje, a pri tom se ne remeti njihov vijabilitet. Kao rezultat bojenja nastaju „mape“ embrionalne površine, koje ukazuju na sudbine pojedinih regiona i nazivaju se karte sudbine. Karta sudbine embriona vodozemaca odslikava tri glavna područja, koja stoje u korelaciji sa područjima različite pigmentacije embriona. To su: prospektivni ektoderm (epidermis i nervna ploča), prospektivna notohorda i mezoderm, i prospektivni endoderm. Površinski raspored ćelija, koji će obrazovati unutrašnje strukture, čini neophodnim da te ćelije dospeju u unutrašnjost embriona tokom gastrulacije, posle čega će spoljašnjost embriona biti prekrivena ektodermom.

Osnovni mehanizmi gastrulacije isti su kod svih vodozemaca. To su: invaginacija, epibolija, involucija i migracija ćelija.

5

Slika 5. Ćelijski pokreti tokom gastrulacije žabe

Početna morfološka indikacija gastrulacije je pojava blastopora u vidu proreza koji se pojavljuje u oblasti sivog srpa. Blastopor se obrazuje invaginacijom ćelija endoderma u procesu kojim nastaje i uzana duplja arhenterona. U nastavku gastrulacije, površinske ćelije konvergiraju prema blastoporu i dospevaju u unutrašnjost, uzrokujući da se dva kraja ubora blastopora prošire oko embriona u obliku jednog luka. Krajevi ubora se spajaju na ventralnoj strani, čime se završava obrazovanje blastopora. Dorzalna ivica blastopora se obrazuje prva i naziva se dorzalna usna blastopora. Lateralnim izduživanjem blastopora nastaju lateralne usne, a posle potpunog formiranja, obrazuje se ventralna usna. Endodermalne ćelije, okružene blastoporom, obrazuju žumancetni čep. Na kraju gastrulacije blastopor se zatvara nad žumancetnim čepom, a endoderm se povlači u unutrašnjost.

6

Slika 6. Gastrula žabe

Gastrulacija otpočinje uranjanjem posebnih endodermalnih ćelija, što je rezultat karakterističnih promena oblika tih ćelija. Unutrašnje ivice tih ćelija se zaobljuju na svojim spoljnim ivicama. Ćelije su pričvršćene za svoje susede, a sa zaokruživanjem unutrašnjih delova, njihovi spoljni delovi se izdužuju normalno na površinu embriona. Kao rezultat ovih pokreta ćelije obrazuju duge i uzane vratove i lukovičaste unutrašnje osnove. Zbog karakterističnog oblika nazivaju se flašolike ćelije. Posle inicijalne invaginacije, endodermalne ćelije nastavljaju da se kreću u unutrašnjost embriona (podležu involuciji), pri čemu se arhenteron uvećava. Male endodermalne ćelije, koje podležu involuciji preko usne blastopora, obrazuju tanak endodermalni krov arhenterona, dok velike vegetativne ćelije endoderma uranjaju u unutrašnjost i obrazuju deblji pod arhenterona. Prezumptivna notohorda podleže involuciji preko dorzalne usne, prezumptivni mezoderm somita preko lateralnih usana, a prezumptivni lateralni mezoderm preko ventralne usne. Svaki od ovih regiona vrši involuciju sukcesivno, s obzirom na to da se dorzalna usna formira prva, a ventralna zadnja. Odvijanjem involucije, endoderm i hordomezoderm se kreću zajedno simultano obrazujući endodermalni omotač arhenterona i sloj hordomezoderma između ovog omotača i ektoderma. Do involucije dolazi zbog aktivne migracije mezodermalnih ćelija duž unutrašnje površine ektoderma.

7

Dakle, gastrulacija otpočinje pojavom flašolikih ćelija u marginalnoj zoni, involucija endoderma i odgovarajuće povećanje veličine arhenterona su uzrokovani migracijom mezoderma koji obrazuje sloj između ektoderma i endoderma, i ektoderm se simultano širi epibolijom da bi zamenio endoderm koji je prešao u unutrašnjost. Kao rezultat ovi koordinisanih aktivnosti nastaje troslojan embrion, čiji je arhenteron u potpunosti obložen endodermom.

4. Organogeneza

Po završetku gastrulacije i nastanku žumancetnog čepa, od dorzalnog ektoderma počinje da se obrazuje prezuptivni nervni sistem. Ovaj proces, neurulacija, je proces u kome tkiva nervne ploče formiraju nervnu cev - rudiment centralnog nervnog sistema. Nervna cev će anteriorno obrazovati mozak, a posteriorno kičmenu moždinu. U ovoj fazi razvića embrion je označen kao neurula. Pretvaranje nervne ploče u nervnu cev izvodi se u dva koraka; to su primarna i sekundarna neurulacija. Tokom primarne neurulacije, ćelije koje okružuju nervnu ploču “diriguju” proliferacijom, invaginacijom i povlačenjem njenih ćelija sa površine embriona, čime nastaje anteriorni deo nervne cevi. Pri tom se originalni ektoderm deli na tri grupe ćelija:

- površinski ektoderm (primarni epidermis),

- ćelije nervne kreste (periferni nervni sistem, melanocite),

- nervnu cev (mozak i kičmena moždina).

Slika 7. Nervna ploča žabe

8

Proces neurulacije započinje kada dorzalni mezoderm i faringealni endoderm glavenog regiona signaliziraju ektodermalnim ćelijama iznad njih da se izduže i transformišu u cilindrične ćelije nervne ploče. Interesantno je napomenuti da oko 50% ektoderma ulazi u sastav nervne ploče. Ubrzo nakon formiranja nervne ploče, njene ivice zadebljavaju i pomeraju se na gore dajući nervne nabore, dok nervna brazda deli buduću levu i desnu stranu embriona. Nervni nabori zatim migriraju prema središnjoj liniji embriona gde se spajaju i obrazuju nervnu cev. Dva otvora na krajevima nervne cevi označeni su kao anteriorni i posteriorni neuropor. Na mestu gde se nervna cev i epidermis dodiruju, pojaviće se ćelije nervne kreste koje ubrzo potom migriraju.

Slika 8. Nervni nabori i nervna cev žabe

Sekundarna neurulacija obuhvata kondenzaciju mezehimskih ćelija i formiranje medularne vrpce, unutar koje će nastati šupljina. Kod vodozemaca, sekundarna neurulacija se obično dešava u nivou slabinskih i repnih pršljenova.

Embrion vodozemaca zadržava sferični oblik sve do kraja gastrulacije i početka neurulacije, kada počinje neznatno da se izdužuje u antero-posteriornom pravcu. Izduživanje embriona kičmenjaka postaje očigledno tek na kraju neurulacije.

Nastavak procesa organogeneze ispratićemo na primeru embriona žabe.

9

Slika 9. Kasna neurula žabe

Tokom perioda organogeneze, kod embriona žabe nastavlja se izduživanje tela, ali takođe dolazi i do obrazovanja repa, podele tela na glavu i trup i razvoja ekstremiteta. Repni pupoljak počinje intenzivno da se razvija na posteriornom kraju, dok ostatak tela biva bočno spljošten i skraćen u dorzo - ventralnom pravcu. Po završetku neurulacije, nervni sistem ima oblik zatvorene cevi koja je proširena u prednjem delu gde će se razviti mozak. Delovi mozga počinju da se uočavaju usled zadebljavanja i sužavanja nervne cevi, dok se rudiment oka ispupčuje bočno u odnosu na prednji mozak.

Notohorda se pruža ispod nervne cevi, od nivoa srednjeg mozga do posteriornog kraja tela, gde se spaja sa ostalim nediferenciranim tkivima. Ispod posteriornog dela notohorde prostire se sloj endodermalnih ćelija - subhorda, struktura koja će postojati kratko vreme i posle toga nestati. Bočno u odnosu na notohordu nalazi se mezoderm podeljen na segmente - somite.

Endoderm okružuje crevnu duplju koja je anteriorno proširena, a posteriorno sužena. Analni otvor će uskoro biti formiran, ali ne i usni. Iznad mesta gde će se razviti usta javlja se rudiment hipofize. Bočno od prednjeg creva razviće se visceralni skelet, a ventralno rudiment srca. Na posteriornom kraju tela, iznad analnog otvora, nalazi se repni pupoljak.

Embrion žabe od 4 mm ima jasno diferenciran rep koji sadrži nervnu cev, notohordu i mezodermalne segmente.

10

Nervni sistem je dobro razvijen, a mozak jasno diferenciran na prednji, srednji i zadnji deo.

Epifiza (pinealna žlezda) nastaje evaginacijom krova budućeg međumozga. Infundibulum (moždani levak) predstavlja ventralnu evaginaciju prednjeg mozga, koja se prvo nalazi u podu međumozga, a zatim u sastavu hipotalamusa. Od infundibuluma kasnije nastaje nervni režanj hipofize. Ventralno od usta razvija se adhezivna žlezda koju će punoglavac koristiti da pričvrsti plen tokom ishrane.

Slika 10. Embrion žabe od 4mm ( sagitalni presek )

Lateralna ploča mezoderma skoro u potpunosti okružuje žumancetnu masu; ovaj mezoderm će se podeliti na unutrašnji (splanhični) i spoljašnji (somatski) sloj između kojih se razvija celomska duplja.

Embrion žabe od 10 mm u odnosu na prethodni stupanj razvića menja svoj oblik i postaje punoglavac. Glava i trup su naduveni, dok je rep značajno izdužen, sa segmentisanim mišićima i dobro razvijenim perajem koje služi za plivanje.

Mozak dobija petodelnu organizaciju; prozencefalon se diferencira na telencephalon (prednji mozak) i diencephalon (međumozak), srednji mozak ostaje nepodeljen, dok se prednji i zadnji deo rombencefalona razvijaju u zadnji (metencephalon), odnosno završni mozak (myelencephalon). Usni otvor je jasno uočljiv; bočni prorezi su takođe probijeni, tako da ždrelo direktno komunicira sa spoljašnjom sredinom. Embrion žabe od 10 mm karakterišu i spoljašnje škrge diferencirane na bočnim stranama glave.

11

Slika 11. Embrion žabe od 10mm ( sagitalni presek )

Crevo je diferencirano na ždrelo, jednjak, rudiment pluća, želudac, jetru, žučni mehur, pankreas i intestinum. Embrionalni bubreg (mesonephros) prethodi adultnom bubregu. Otička vezikula je u fazi stvaranja membranskog lavirinta.

Pretkomora (atrium) prima krv iz venoznog sinusa i upućuje je prema komori (ventriculus) - glavnom kontraktilnom delu srca odakle se krv isporučuje u conotruncus.

12

Slika 12. Embrion žabe od 10mm ( presek i nivou srca )

Slika 13. Embrion žabe od 10mm ( presek u nivou mezonefrosa )

13

5. Zaključak

Iz svega navedenog možemo zaključiti da razviće vodozemaca počinje brazdanjem jajeta koje je holoblastično. Nakon formiranja blastule započinje proces gastrulacije invaginacijom flašolikih ćelija koja je u koordinaciji sa involucijom mezoderma i epibolijom ektoderma. Dorzalna usna blastopora je primarni organzator u gastruli vodozemaca. Nakon završetka gastrulacije dolazi do procesa organogeneze kada se formiraju začeci organa.

14

Literatura

1. Ćurčić, M. Božidar 2005. Razviće životinja, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd

2. Gilbert, F. Scott 2000. Developmental biology, Sinauer Associates Inc.,U.S.

15