Rozwój zarodków świni i owcy

Bruzdkowanie i gastrulacja

U świni i owcy, podobnie jak u innych ssaków zapłodnienie następuje w bańce

jajowodu. Po wniknięciu plemnika do jaja rozpoczyna się rozwój. Kariogamia zachodzi w centrum jaja. Jaja świni i owcy, podobnie jak innych ssaków są jajami oligolecytalnymi i izolecytalnymi. Bruzdkowanie jest typu hololecytalnego – całkowite i prawie równomierne. Biegun jaja, na którym zostały wydalone ciałka kierunkowe uważany jest za biegun twórczy (animalny), a przeciwległy za biegun odżywczy (wegetatywny). Pierwsza bruzda przechodzi przez oba bieguny i dzieli jajo na 2 blastomery, z których jeden jest nieco większy od drugiego.

Bezpośrednio po pierwszym podziale w każdym blastomerze powstaje wrzeciono podziałowe. Ustawia się ono pod kątem prostym do pierwszego wrzeciona, a płaszczyzna drugiego podziału przebiega prostopadle do płaszczyzny pierwszego.

Blastomer większy dzieli się wcześniej i w ten sposób powstaje stadium trzech blastomerów. Później dzieli się blastomer mniejszy i cztery blastomery powstałe z tego podziału układają się tak, iż jeden z nich leży na trzech pozostałych tworząc figurę tetraedryczną. Następnie podziały następują szybko po sobie, lecz nie jednocześnie, tj. nie są one synchroniczne i tworzą się zarodki o 6, 8, 10, 12, 16 itd. blastomerach. Kolejne następstwo podziałów doprowadza do utworzenia grudki blastomerów zwanej morulą. Podziały komórek odbywają się nadal, co powoduje

dalsze rozdrabnianie się materiału zarodka, a rozmiary komórek zmniejszają się coraz bardziej.

Począwszy od stadium 16 blastomerów między blastomerami powstają wolne przestrzenie, które następnie zlewają się w jedną jamę określaną jako jama blastuli, a blastomery układają się dookoła niej tworząc warstwę powierzchniową zarodka. Zarodek w tym stadium nazywamy blastulą. U ssaków blastula ma nieco odmienną budowę niż u niższych kręgowców. Jest to pęcherzyk złożony z jednej warstwy komórek, a na jego biegunie animalnym znajduje się grupa komórek zwana węzłem zarodkowym lub wewnętrzną masą komórek zwieszającą się do jamy blastuli – embrioblast. Ścianę pęcherzyka nazywamy trofoblastem, a cały zarodek blastocystą.

W tym okresie materiał zarodka został już ostatecznie zdeterminowany: węzeł zarodkowy zawiera materiał, z którego rozwinie się ciałko zarodka, zewnętrzna ściana blastocysty wytworzy błonę, która wejdzie w kontakt z błoną śluzowa macicy i będzie służyć do wchłaniania substancji odżywczych pochodzących z tkanek matki. Z tego powodu nazwano tę warstwę komórek, stanowiącą ścianę blastocysty, trofoblastem czyli listkiem służącym do odżywiania zarodka. Służy on także do jego ochrony. Zarodek w takiej postaci wędruje przez jajowód i po 3-4 dniach w stadium blastocysty dostaje się do macicy. Do tego czasu zarodek był otoczony błoną przejrzystą, dopiero gdy dostaje się do macicy błona ta zanika. Blastocysta powiększa swoją objętość, a z węzła zarodkowego wywędrowują komórki do jamy blastocysty i układają się pod nim tworząc warstwę płaskich komórek entodermy pierwotnej, czyli listka zarodkowego wewnętrznego. Liczba komórek entodermy powiększa się, rozchodzą się one na boki i w krótkim czasie wyściełają od wewnątrz cały trofoblast. W ten sposób powstaje druga warstwa komórek, a jama otoczona przez nie tworzy jelito pierwotne.

W czasie, kiedy powstaje entoderma, węzeł zarodkowy, który dotychczas leżał wewnątrz trofoblastu zostaje przemieszczony na jego powierzchnię. U świni komórki trofoblastu leżące nad węzłem zarodkowym zanikają i węzeł zarodkowy wchodzi w skład ściany zarodka na biegunie animalnym. Rozpłaszcza się on, komórki jego proliferują i tworzą zgrubiałą tarczkę – tarczkę zarodkową, która jest początkowo okrągła, później rozrasta się i zmienia kształt na owalny.

U owcy proces przekształcania się węzła zarodkowego w tarczkę zarodkowa odbywa się nieco inaczej. W obrębie węzła zarodkowego powstaje w środku jama, komórki przemieszczają się i węzeł przekształca się w rodzaj pęcherzyka zwanego embriocystą. Ściana trofoblastu ponad nią zanika, a sama cysta pęka i tworzy spłaszczoną tarczkę zarodkową, która także zostaje włączona do ściany trofoblastu podobnie jak u świni.

Trzeci sposób formowania się tarczki zarodkowej zachodzi u człowieka, małp i nietoperzy. Tu nie dochodzi do pęknięcia węzła zarodkowego, lecz wśród niego przez rozstęp komórek powstaje wolna przestrzeń – jama owodni (jama amnionu). Komórki leżące ponad tą jamą tworzą owodnię, czyli błonę płodowa zwaną amnionem, a część węzła leżąca pod nią przekształca się w tarczkę zarodkową.

Składa się ona z wysokich komórek leżących w jednej warstwie, które uważamy za

ektodermę pierwotną. Pod nią druga warstwa bardziej płaskich komórek tworzy

entodermę pierwotną, która podobnie jak u innych ssaków tworzy się przez wywędrowanie komórek z węzła zarodkowego. Okres powstawania entodermy pierwotnej określamy jako pierwszą fazę gastrulacji.

U świni i owcy w okresie powstawania tarczki zarodkowej blastocysta jako całość

zmienia kształt. Trofoblast wydłuża się znacznie i przekształca w twór nitkowaty,

woreczek nieco zgrubiały w środku, gdzie leży tarczka zarodkowa. U świni blastocysta w ciągu 2-3 dni osiąga długość do 140 cm, u owcy jest nieco krótsza – do 60 cm. U świni proces ten rozpoczyna się 11 dnia, u owcy 14 dnia rozwoju. To wydłużenie się blastocysty ma istotne znaczenie dla dalszego rozwoju zarodków. Zarodek bowiem otrzymuje pożywienie ze ściany macicy za pośrednictwem trofoblastu. Dzięki jego wydłużeniu powierzchnia zetknięcia się jego z błoną śluzowa macicy jest duża, co sprzyja odżywieniu zarodka. W tym czasie, kiedy blastocysta wydłuża się, na powierzchni tarczki rozpoczyna się różnicowanie zarodka. Na brzegu

wydłużającej się tarczki zarodkowej zjawia się w jednym miejscu zaciemnienie spowodowane zgrubieniem jej dzięki proliferacji w tym miejscu komórek. Miejsce tego zgrubienia wyznacza oś podłużną zarodka. Przyjmuje ono kształt półksiężyca.

Przez dalszy jego wzrost rogi półksiężyca schodzą się ze sobą i zgrubienie przybiera kształt owalny. Jest to centrum rozmnażania komórek, które rozchodzą się stąd i powodują wzrost tarczki zarodkowej, a następnie wytwarzanie mezodermy. Zgrubienie to następnie wydłuża się i tworzy pasmo leżące w osi długiej zarodka. Pasmo to nazywamy smugą pierwotną, która w dalszym ciągu stanowi Centrum wzrostu zarodka.

Tu następuje mnożenie się komórek, a nowo wytworzone komórki rozchodzą się stąd i rozmieszczają wśród tarczki zarodkowej, powodując powiększenie się zarodka, a także z powierzchni tarczki zarodkowej zaczynają przemieszczać się komórki w obręb smugi pierwotnej. Ze smugi pierwotnej komórki wywędrowują pomiędzy listek zewnętrzny, a wewnętrzny, tworząc tam ciągłą warstwę komórek mezodermy. Jest to druga faza gastrulacji.

Mezoderma szybko proliferując rozrasta się w obrębie tarczki zarodkowej i poza nią tworząc w części centralnej mezodermę zarodkową, a poza obrębem tarczki mezodermę pozazarodkową. W zarodku następuje dalsze różnicowanie mezodermy. Ze smugi pierwotnej komórki jej rozchodzą się na boki i ku przodowi, tworząc rodzaj skrzydełek mezodermalnych. Ku przodowi jednak w środku pozostaje okolica pozbawiona tej tkanki.

Oprócz smugi pierwotnej powstaje po stronie dogłowowej zarodka zgrubienie zwane węzłem zarodkowym (Hensen’a), w którym wszystkie trzy listki zarodkowe czyli ektoderma, entoderma i mezoderma są ze sobą połączone i z niego proliferują. Komórki dalej ku przodowi tworząc tzw. przedłużenie głowowe. W przedłużeniu głowowym mezoderma i entoderma są ze sobą połączone i wśród niego w linii środkowej wyodrębnia się lity sznur komórek. Jest to zawiązek struny grzbietowej (chorda dorsalis ), która tworzy oś zarodka i wyznacza symetrię rozwojową. Dookoła niej rozwiną się później kręgi kostne. Przedłużenie głowowe rośnie dalej ku przodowi wrastając w przestrzeń pozbawioną dotychczas mezodermy, a smuga pierwotna przesuwa się dalej ku tyłowi i w miarę wzrostu zarodka przyczynia się do zwiększenia tylnej części listka mezodermalnego.

Listek mezodermalny jest początkowo pojedynczą jednolitą warstwą komórek, lecz

wkrótce po obu stronach struny grzbietowej tworzy ona zgrubienie. Jest to tzw.

mezoderma grzbietowa, która następnie zostaje podzielona na odcinki metameryczne, praczłony czyli somity, leżące jeden za drugim. Pierwsze somity zjawiają się po stronie dogłowowej w środkowej części tarczki, a następnie rozwijają się ku tyłowi. Mezoderma leżąca po bokach mezodermy grzbietowej nie tworzy metamerycznych somitów lecz rozszczepia się na dwie blaszki: ścienną zwaną somatopleurą i wewnętrzną czyli trzewną zwaną splanchnopleurą , pomiędzy którymi tworzy się wolna przestrzeń w postaci szpary. Jest to wtórna jama ciała zarodka – celoma. Blaszka ścienna przylega do ektodermy, blaszka trzewna do entodermy. Mezoderma rozrasta się poza tarczkę zarodkową, tworząc mezodermę pozazarodkową, której blaszka ulega również rozszczepieniu, a przestrzeń między rozszczepionymi blaszkami nazywamy pozazarodkową jamą ciała – exoceloma.

Jama ciała zarodkowa i pozazarodkowa komunikują się początkowo ze sobą. Jednocześnie z wczesnym różnicowaniem się mezodermy po wytworzeniu smugi pierwotnej i węzła zarodkowego, wśród ektodermy po stronie dogłowowej powstaje zgrubienie – płytka nerwowa, która podobnie jak u niższych kręgowców tworzy zawiązek układu nerwowego. Brzegi płytki nerwowej podnoszą się i przekształca

się ona w rynienkę nerwową. Te podnoszące się brzegi rynienki nazywamy fałdami nerwowymi. Są one najwyższe początkowo w połowie długości zarodka tj. tam, gdzie zjawiły się pierwsze somity. Powstanie w tym miejscu tyłomózgowie (metencephalon). Następnie rozszerzają się one ku przodowi i wyznaczają okolicę przodomózgowia, ku tyłowi natomiast fałdy nerwowe pozostają płaskie jako zawiązek rdzenia kręgowego. Fałdy nerwowe wznosząc się dalej rosną ku sobie i spotykają w linii środkowej, a następnie zrastają się ze sobą, tworząc cewę nerwową rozszerzoną w przedniej części, a węższą w pozostałej części zarodka. Ponad cewą nerwową ektoderma powierzchniowa nasuwa się i tworzy całkowite pokrycie skórne zarodka.

Wytwarzanie się kształtu zarodka

Początkowo tarczka zarodkowa jest płaską płytką o kształcie okrągłym, uwypuklająca się nieco ponad powierzchnię trofoblastu. W miarę dalszego wzrostu wydłuża się ona i przybiera kształt owalny zbliżony do podeszwy. Dookoła brzegu tarczki powstaje rowek graniczny oddzielający ciało zarodka od części pozazarodkowych. Dookoła

rowka wznosi się fałd graniczny, wytworzony przez ektodermę i listek ścienny mezodermy. U świni fałd ten tworzy się w zarodkach długości 1,5 – 2,6 mm. Fałd ten podnosi się nad zarodkiem jako fałd głowowy, następnie jako fałdy boczne i fałd ogonowy owodni, które zbliżając się do siebie i zrastając się w linii środkowej, otaczają całą tarczkę zarodkową. Tworzą one ponad zarodkiem dwie błony: owodnię (amnion) i kosmówkę (chorion).

Owodnia składa się z ektodermy leżącej od strony zarodka i mezodermy na zewnątrz, a w kosmówce listki zarodkowe są ułożone przeciwnie – ektoderma pokrywa ją od zewnątrz, a mezoderma od wnętrza.

Zarodek teraz zagłębia się nieco w jamie owodni wypełniającej się płynem owodni wydzielanym przez jej komórki. Począwszy od tego stadium nazywamy zarodek wraz z błonami pęcherzem płodowym.

W związku ze zmianą kształtu zarodka następuje kształtowanie się układu pokarmowego. W obrębie blastocysty komórki, które wywędrowały z węzła zarodkowego utworzyły warstwę komórek entodermalnych, od wewnątrz wyścielających całą blastocystę i utworzyły tzw. prajelito. Następnie, gdy wytworzy się mezoderma wwędruje ona pomiędzy ektodermę, a entodermę, gdzie rozszczepi się na listek ścienny i trzewny. Mezoderma trzewna przylega do entodermy, wzmacnia jej ścianę, która staje się teraz dwuwarstwową. Entoderma wytworzy następnie pokład nabłonkowy przewodu pokarmowego i jego gruczoły, mezoderma zaś mięśnie i tkankę łączną ściany żołądka i jelit.

W tym czasie, kiedy wytworzyła się mezoderma trzewna, ciało zarodka zaczyna odgraniczać się od części pozazarodkowych przez tworzenie się fałdów, które je wyodrębniają. Zarodek rośnie na długość i wygina się, a fałdy wcinające się pod

niego od strony głowowej i ogonowej powodują to, iż zaczyna on rozciągać się poza obręb części pozazarodkowych. Jednocześnie fałdy wcinające się pod niego po obu jego bokach tworzą boczne jego odgraniczenie oraz dzielą jelito pierwotne na część

wchodzącą w skład ciała zarodka i część pozazarodkową, którą nazywamy pęcherzykiem żółtkowym. Powstaje w zarodku rynienka jelitowa, która początkowo ma szerokie połączenie z pęcherzykiem żółtkowym za pośrednictwem przewodu żółtkowego, lecz stopniowo połączenie to zacieśnia się i tylko środkowa część jelita, tzw. jelito środkowe, pozostaje jeszcze z nim połączone (przewód żółtkowo–jelitowy – ductus omphalomesenthericus). Ku przodowi i ku tyłowi tworzą się zamknięte cewki ślepo zakończone – jelito głowowe i jelito tylne, w części środkowej pozostaje jeszcze przewód żółtkowy przebiegający w pępowinie brzusznej, która zwęża się w miarę tego jak pęcherzyk żółtkowy zmniejsza się z wiekiem zarodka. Jelito głowowe początkowo kończy się ślepo, dochodząc do ektodermy pokrywającej zarodka. Jest to miejsce, do którego nie wniknęła mezoderma. Ektoderma w tej okolicy wpukla się do środka tworząc zatokę ustną. Przez zetknięcie się ektodermy z entodermą powstaje błona zwana ustną, która wkrótce zanika i w tym miejscu powstaje połączenie jelita ze światem zewnętrznym. Jest to otwór ustny. Podobnie ku tyłowi jelito tylne przylega do wytwarzającej się tu zatoki ektodermalnej i w podobny sposób powstaje otwór odbytowy. Proces ten jest podobny do procesu wytwarzania się otworu ustnego i odbytowego u innych ssaków i kury.

Podczas wyodrębniania się ciała zarodka od części pozazarodkowych następuje także rozgraniczenie jamy ciała zarodkowej od pozazarodkowej. Jama ciała w obrębie zarodka da początek jamie osierdziowej, opłucnowej i otrzewnowej.

Zarodki starsze

Podczas dalszego wzrostu zarodka różnicowanie się narządów pierwotnych postępuje dalej. W obrębie układu nerwowego przednia część cewki nerwowej

rozszerza się coraz bardziej i tworzący się z niej zawiązek mózgowia wyróżnicowuje się w trzy wyraźne odcinki, które następnie wytworzą pięć pęcherzyków mózgowych.

Te trzy odcinki to: przodomózgowie (prosencephalon), śródmózgowie (mesencephalon) i tyłomózgowie (rhombencephalon). Wkrótce przodomózgowie i tyłomózgowie dzielą się każde na dwie części i powstaje pięć pęcherzyków mózgowych: kresomózgowie (telencephalon), międzymózgowie (diencephalon), śródmózgowie (mesencephalon), tyłomózgowie wtórne (metencephalon) i rdzeniomózgowie (myelencephalon).

Przodomózgowie jest częścią najszerszą i z jego bocznych ścian wypuklają się zawiązki oczu, tzw. pęcherzyki oczne, a ku tyłowi od nich pęcherzyki uszne. Zamykanie się fałdów nerwowych postępuje ku tyłowi, gdzie wyróżnicowuje się rdzeń kręgowy. Na końcu cewy nerwowej pozostaje jednak przez dłuższy czas nie zamknięta rynienka nerwowa, a otwór ten nosi nazwę sinus rhomboidalis.

W obrębie praczłonów zachodzi także dalsze różnicowanie się. Ilość ich zwiększa się

jeszcze zarówno ku przodowi jak i ku tyłowi. Pierwszy prasegment leży tuż za tworzącym się pęcherzykiem usznym, a dalsze tworzą się już tylko w tylnej części zarodka aż do końca ogona. Część mezodermy grzbietowej znajdująca sie w obrębie głowy nie rozpada się na praczłony, lecz tworzy mezenchymę głowy.

Praczłony są początkowo litymi zespołami komórek, lecz ulegają przekształceniu dzięki któremu powstaną mięśnie szkieletowe, szkielet osiowy i mezenchyma tułowia. Komórki praczłonów rozsuwają się ku obwodowi tworząc w środku jamę zwaną myocoel. Dośrodkowo – brzuszna ścianka praczłonu zaczyna zanikać dzięki temu iż wywędrowują z niej komórki przybierające kształt wrzecionowaty i jako komórki

mezenchymatyczne wędrują w kierunku struny grzbietowej i cewki nerwowej, otaczają je, a następnie dadzą początek szkieletowi osiowemu zarodka.

Toteż część brzuszno – boczną dośrodkową prasegmentu nazywamy sklerotomem. Część grzbietową prasegmentu nazywamy miotomem, ponieważ z niej wywędrowują komórki zwane mioblastami, które są komórkami macierzystymi mięśni szkieletowych poprzecznie prążkowanych. Pozostałą część prasegmentu nazywamy dermatomem. Wywędrowujące z niej komórki dadzą tkankę łączną skóry właściwej, mięśnie gładkie oraz mezenchymę tułowia. Rozszczepione blaszki mezodermy bocznej utworzą błony surowicze – osierdzie, opłucną i otrzewną Pomiędzy praczłonami, a blaszkami bocznymi mezodermy pozostaje pasemko mezodermy zwane pośrednim albo nefrotomem, które jest zawiązkiem aparatu moczo-płciowego. Z nefrotomów powstaną: w przedniej części zarodka przednercze – proneohros, z dalszych pranercza -mesonephros.

Są to narządy przejściowe, które u zwierząt ssących zanikają jeszcze w życiu zarodkowym, a z tylnych nefrotomów wytwarzają się zawiązki nerki ostatecznej czyli metanephros. Mezoderma w tylnej części zarodka daje także zawiązek gonady,

czyli jądra u płci męskiej i jajnika u osobników żeńskich.

Rozwój serca zarodka

U zwierząt ssących serce tworzy się z parzystych zawiązków mezodermalnych w

przedniej części zarodka po obu stronach jelita pierwotnego. Ciało zarodka jest jeszcze w tym czasie płasko rozpostarte. Kiedy boczne ściany zarodka fałdują się i wyginają do normalnego położenia, a cewka jelitowa wyodrębnia się od pęcherzyka żółtkowego, zawiązki serca zbliżają się do siebie w linii środkowej zarodka. Zawiązki te są początkowo nieregularnymi skupieniami komórek mezenchymatycznych, leżącymi pomiędzy mezodermą trzewną, a entodermą, następnie układają się w dwa woreczki, rodzaj cewek leżących po obu stronach jelita. Kiedy na skutek wygięcia ściany zarodka jelito głowowe zamyka się na tym odcinku i tworzy cewę jelitową, zawiązki serca zostają pociągnięte i zbliżają się do siebie, a następnie zlewają w jedną cewę nieparzystą, leżącą poniżej jelita głowowego, w linii środkowej zarodka.

Zawiązek ten składa się początkowo z płaskich komórek, ułożonych w jedną warstwę, która utworzy wsierdzie – endocardium. Cewki te przedłużają się poza obręb serca i tworzą ku przodowi aortę pierwotną, a ku tyłowi żyły, którymi krew będzie uchodzić do serca. Następnie mezoderma trzewna dookoła tego zawiązka

grubieje i zaczyna przylegać do wsierdzia, tworząc śródsierdzie przekształcające się w mięsień sercowy –myocardium – oraz nasierdzie – epicardium. Po stronie grzbietowej mezoderma tworzy krezkę grzbietową, na której serce jest zawieszone w

worku osierdziowym.

Zawiązki kończyn

Wytwarzają się one po obu stronach zarodka. Ku bokom od zawiązków kręgów przez

proliferację mezodermy zjawiają się zawiązki kończyn w postaci wzgórków. Po stronie przedniej tworzy się wzgórek kończyny przedniej, po tylnej – wzgórek kończyny tylnej. Wzgórek przedni zjawia się wcześniej i rośnie szybciej niż tylny. U świni zjawia się on w zarodkach 7-8 mm długości. Zawiązki mezodermalne są pokryte ektodermą. Zawiązki te są początkowo płaskie, następnie wydłużają się i przybierają kształt odnóży. Tworzą się w nich mezenchymatyczne zgrubienia –

skleroblasty, uwypuklające się na zewnątrz. Skleroblasty tworzą początkowo szkielet

ochrzęstnowy, który następnie kostnieje. Z mezenchymy wewnątrz tych zawiązków

wytwarzają się mięśnie, a następnie wrastają do nich nerwy oraz rozwija się krążenie krwi.

Wygięcie ciała zarodka

Zarodki wyższych kręgowców rozwijają się w przestrzeni ograniczonej i ciało ich musi

dostosować się do miejsca w skorupce, jak u ptaków lub w macicy jak u zwierząt ssących. Toteż zarodki wyginają się. Najpierw głowa pochyla się ku dołowi, a następnie całe ciało wygina się w postaci litery C. Jednocześnie zarodek obraca się dookoła swej osi długiej. Początkowo leży on stroną brzuszną na pęcherzyku żółtkowym, później dzięki obrotowi o 90 stopni układa się na boku. Jest to najbardziej wyraźne u ptaków, mniej wyraźne u zwierząt ssących.