1

BIO 101 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΖΩΟΛΟΓΙΑ

∆ΙΑΛΕΞΗ 2. ΓΟΝΙΜΟΠΟΙΗΣΗ - ΑΥΛΑΚΩΣΗ

∆Ι∆ΑΣΚΩΝΜιχάλης Παυλίδης (pavlidis@biology.uoc.gr)

Hράκλειο, Νοέμβριος 2012

2

ΓΟΝΙΜΟΠΟΙΗΣΗ*1. Επαφή, αναγνώριση & πρόσδεση σπερματοζωαρίου σε ωάριο (0 sec)2. Παρεμπόδιση πολυσπερμίας (2 sec)3. Σύντηξη σπερματοζωαρίου με τη μεμβράνη του ωαρίου (10 sec)4. Φλοιική αντίδραση (30 sec)

5. Σχηματισμός μεμβράνης γονιμοποίησης (1 min)6. Μετανάστευση σπερματοζωαρίου στο κέντρο του ωαρίου (1,5 min)7. Έναρξη αποσυμπύκνωσης πυρήνα σπερματοζωαρίου (2 min)8. Σύντηξη προπυρήνων ωαρίου & σπερματοζωαρίου (12 min)

9. Έναρξη σύνθεσης DNA (20 min)10. Πρώτη κυτταρική διαίρεση – αυλάκωση (90 min)

(Άνθρωπος: ~ 24 h)

(*Χρονοδιάγραμμα φάσεων από την γονιμοποίηση μέχρι την έναρξη της αυλάκωσης στον αχινό)

3

Επαφή, Αναγνώριση & Πρόσδεση του σπερματοζωαρίου στο ωάριο

• Tα σπερματοζωάρια διαπερνούν το ζελατινώδες περίβλημα που περιβάλλει το ωάριο

• Έρχονται σε επαφή με το λεπτό λεκιθικό κάλυμμα ακριβώς πάνω από την κυτταροπλασματική μεμβράνη του ωαρίου

• Οι πρωτεΐνες αναγνώρισης που βρίσκονται στο ακρόσωμα του σπερματοζωαρίου, προσδένονται σε συγκεκριμένους υποδοχείς σπέρματος που βρίσκονται στη λεκιθική μεμβράνη

• Το ακρόσωμα απελευθερώνει τα λυτικά του ένζυμα και ανοίγει ο δρόμος για τη διάνοιξη της λεκιθικής μεμβράνης (ή της διαφανούς ζώνης)

• Η κυτταρική μεμβράνη του σπερματοζωαρίου ενώνεται με την κυτταρική μεμβράνη του ωοκυττάρου

• Ολόκληρο το περιεχόμενο του σπερματοζωαρίου εισέρχεται στο ωοκύτταρο

5

Αποφυγή Πολυσπερμίας

• Σχηματισμός Κώνου Γονιμοποίησης (Fertilization cone)

• Οξύς Φραγμός (αλλαγή στο ηλεκτρικό δυναμικό της μεμβράνης του ωαρίου)

• Φλοιϊκή αντίδρασηΧιλιάδες φλοιϊκά κοκκία απελευθερώνουν ένζυμα τα οποία

Σύντηξη μεμβρανών σπερματοζωαρίουκαι ωαρίου

6

• Τα φλοιϊκά κοκκία απελευθερώνουν το υλικό τους μεταξύ της κυτταρικής & της λεκιθικής μεμβράνης

• ∆ημιουργία ωσμωτικήςδιαβάθμισης & είσοδος νερού

• Ανύψωση λεκιθικού καλύμματος

• Απομάκρυνση σπερματοζωαρίωνπου δεν έχουν ενωθεί με την κυτταρική μεμβράνη

Έξοδος περιεχομένουφλοιϊκού κοκκίου

7

• Σκλήρυνση της λεκιθικής μεμβράνης

• ∆ημιουργία μεμβράνης γονιμοποίησης(fertilization membrane)

Ολοκλήρωση της 2ης μειωτικής διαίρεσης

• Σχηματισμός ωαρίου και αποχωρισμός του δεύτερου πολικού σωματίου

9

Σύντηξη των Προπυρήνων & Ενεργοποίηση του Ωαρίου

• Απώλεια μαστιγίου του σπέρματος

• Ο πυρήνας του σπερματοζωαρίου αυξάνεται σε μέγεθος (προπυρήνας) και μεταναστεύει

• Σύντηξη προπυρήνων σπερματοζωαρίου & ωαρίου & σχηματισμός του ζυγώτη (12 h στα θηλαστικά)

• Το κεντροσωμάτιο του σπερματοζωαρίου διπλασιάζεται και έτσι δημιουργούνται δυο κεντροσωμάτια, τα οποία αμέσως μετά θα σχηματίσουν τα ινίδια της ατράκτου για την πρώτη μιτωτική διαίρεση του ζωγωτού

10

http://www.youtube.com/watch?v=lXN_sDnd1ng&feature=related

http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=sIxBCxPW2Fc

11

ΑΥΛΑΚΩΣΗ

• Ταχείς μιτωτικές διαιρέσεις• Όχι αύξηση μάζας, αλλά υποδιαιρέσεις

• Σχηματισμός Βλαστομεριδίων Πολύχαιτοι: 100Αμφιοξύς: 9.000Βάτραχος: 700.000

• Πολικότητα που καθορίζει την κατεύθυνση των διαιρέσεων & την ανάπτυξη του εμβρύου

12

Παράγοντες που καθορίζουν τα μοντέλα της αυλάκωσης

• Ποσότητα & κατανομή της λεκίθου στο αυγό

• Γονίδια που ελέγχουν τη συμμετρία των διαιρέσεων

13

Τύποι Αυγών με Βάση την Ποσότητα της Λεκίθου

Τύποι αυγών Ποσότητα λεκίθου Ζωικές ομάδες

Αλεκιθικά ---- Πλακουντοφόρα θηλαστικά

Μειολεκιθικά (μικρολεκιθικά)

ΜικρήΜαρσιποφόρα, Εχινόδερμα, Ασκίδια, Μαλάκια, Κεφαλοχορδωτά, Νημερτίνοι

Μεσολεκιθικά ΜέτριαΚυκλόστομοι, Χονδριχθείς, Αμφίβια

Πολυλεκιθικά(μακρολεκιθικά)

ΠολύΤελεόστεοι, Ερπετά, Πτηνά, Μονοτρήματα θηλαστικά

14

Τύποι Αυγών με Βάση την Κατανομή της Λεκίθου

Τύποι αυγών Κατανομή λεκίθου Ζωικές ομάδες

Ισολεκιθικά ΊσηΕχινόδερμα, Χιτινόζωα, Κεφαλοχορδωτά, Νημερτίνοι, Μαλάκια, Μαρσιποφόρα

ΤελολεκιθικάΆνιση

• Ζωικός πόλος• Φυτικός πόλος

Τελεόστεοι, Αμφίβια, Κεφαλόποδα, Μαλάκια, Ερπετά, Πτηνά, Μονοτρήματα

Κεντρολεκιθικά Κέντρο Έντομα, Αρθρόποδα

15

Πώς η Ποσότητα & η Κατανομή της Λεκίθου Επηρεάζουν την Αυλάκωση;

Τύποι αυγών Πρότυπο Αυλάκωσης Χαρακτηριστικά

Ισολεκιθικά Ολοβλαστική ολική

Η σχισμή της αυλάκωσης επεκτείνεται σε όλη την έκταση του αυγού

Μεσολεκιθικά Ολοβλαστική άνιση

Η αυλάκωση είναι εξαιρετικά βραδεία στο φυτικό πόλο

Τελολεκιθικά Μεροβλαστική

Το συνεχώς διαιρούμενο κυτταρόπλασμα είναι περιορισμένο σε μια στενή δισκοειδή μάζα πάνω από τη λέκιθο

Κεντρολεκιθικά Επιφανειακή Μετανάστευση πυρήνων στην επιφάνεια

16

Α. Πρότυπα Αυλάκωσης στα Ισολεκιθικά Αυγά (Ολοβλαστική Ολική)

• Ολοβλαστική Ακτινωτή

• Ολοβλαστική Σπειροειδής

• Ολοβλαστική Αμφίπλευρη

• Ολοβλαστική Περιστροφική

17

Α1. Χαρακτηριστικά ΑκτινωτήςΟλοβλαστικής Αυλάκωσης

• 1η διαίρεση: μεσημβρινή (παράλληλα στον άξονα Ζ.Π – Φ.Π)

• 2η διαίρεση: μεσημβρινή, αλλά κάθετη στην 1η

• 3η διαίρεση: ισημερινή (κάθετη στον άξοναΖ.Π. – Φ.Π.)

• Οι επόμενες διαιρέσεις εναλλάσσονταιμεσημβρινά & ισημερινά

Εχινόδερμα, αμφίβια

Αστερίας: http://www.youtube.com/watch?v=R1x4iBL-02s

18

Α2. Χαρακτηριστικά ΣπειροειδούςΟλοβλαστικής Αυλάκωσης

• Τα βλαστομερίδια διαιρούνται πλάγια ως προς τονάξονα Ζ.Π. – Φ.Π.

• Οι τετράδες κυττάρων δεν τοποθετούνται η μιαπάνω στην άλλη, αλλά στις σχισμές μεταξύ των κυττάρων

• Τα βλαστομερίδια είναι στενά συνδεδεμένα σανένα σύνολο από φυσαλίδες σαπουνιού

• Το έμβρυο αποκτά την πλέον θερμοδυναμικά σταθερή διευθέτηση κυττάρων

∆ακτυλιοσκώληκες, ρυγχόκοιλα, νημερτίνοι, νηματόμορφα,Μαλάκια (εκτός κεφαλοπόδων)

19

Α3. Χαρακτηριστικά ΑμφίπλευρηςΟλοβλαστικής Αυλάκωσης

• 1η διαίρεση: το ασύμμετρα κατανεμημένο κυτταρόπλασμα διαιρείται εξίσου μεταξύ των δύο πρώτων βλαστομεριδίων

• Με αυτό τον τρόπο καθορίζεται από την αρχή η δεξιά & αριστερή πλευρά του ενήλικα οργανισμού

Αμφίπλευρη αυλάκωση σε έμβρυο ασκιδίου

20

Α4. Χαρακτηριστικά ΠεριστροφικήςΟλοβλαστικής Αυλάκωσης

• 1η διαίρεση: μεσημβρινή

• 2η διαίρεση: στο ένα βλαστομερίδιο μεσημβρινήενώ στο άλλο ισημερινή

• Άρα στο ένα βλαστομερίδιο η αυλάκωση έχει περιστραφεί κατά 90σε σχέση με το επίπεδο αυλάκωσης του δευτέρου

• Επόμενες διαιρέσεις: ασύμμετρες & συχνά το έμβρυοφέρει περιττό αριθμό βλαστομεριδίων

• Μετά τη 3η διαίρεση: σχηματίζεται ο τροφοβλάστης

Θηλαστικά

21

Β. Χαρακτηριστικά Αυλάκωσης στα Μεσολοκιθικά Αυγά

(Ολοβλαστική Άνιση Αυλάκωση)

• 1η διαίρεση: μεσημβρινή• 2η διαίρεση: μεσημβρινή, αλλά κάθετη στην 1η

• 3η διαίρεση: ισημερινή

• Το έμβρυο αποτελείται από 4 μικρότερα βλαστομερή στο Ζ.Π. (Μικρομερή)4 μεγαλύτερα βλαστομερή στο Φ.Π. (Μακρομερή)

(www.uoguelph.ca)

22

Βλαστίδιο αμφιβίου – επιφανειακή κάτοψη

Βλαστίδιο αμφιβίου – Οβελιαία κάτοψη

Βάτραχοςhttp://www.youtube.com/watch?v=IjyemX7C_8U

23

Γ. Χαρακτηριστικά Αυλάκωσης στα Τελολεκιθικά Αυγά

(Δισκοειδής Μεροβλαστική)

• Το κυτταρόπλασμα περιορίζεται σε μια λεπτή στιβάδα στο Ζ.Π. (βλαστοδίσκος)

• 1η διαίρεση: κοντά στο κέντρο του βλαστοδίσκου, ως μια ρωγμή

• 2η διαίρεση: κάθετη προς την 1η

(σχηματισμός 2ης αύλακας)

• Τα 4 βλαστομερίδια δεν διαχωρίζονται από τη λέκιθο καθώς και από το περιφερειακό κυτταρόπλασμα και επομένως δεν σχηματίζουν ανεξάρτητα κύτταρα

Εμβρυονικός δίσκος

24

• Πλήρη κύτταρα περιβαλλόμενα απ’ όλες τις πλευρές από πλασματικές μεμβράνες σχηματίζονται πρώτα στο κέντρο του βλαστοδίσκου

• Τα βλαστομερίδια αυτά διαχωρίζονται από την υποκείμενη λέκιθο και έτσιδημιουργούνται ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΑ κύτταρα

• Η κεντρική μάζα των πλήρων βλαστομεριδίων (που αποτελείται από 3 - 4 στρώματα κυττάρων, διαχωρίζεται τελικά από την υποκείμενη λέκιθο με μια κοιλότητα γεμάτη με υγρό (Υποβλαστική κοιλότητα)

Ao = Αδιαφανής Ζώνη, Ap = ∆ιαφανής Ζώνη1 = Βλαστόκοιλο 2 = Υποβλαστική κοιλότητα

Αο Αp Αο

Κοτόπουλοhttp://www.youtube.com/watch?v=3i0Y4k_QvHc

25

Δ. Χαρακτηριστικά Αυλάκωσης στα Κεντρολεκιθικά Αυγά

(Επιφανειακή Αυλάκωση)• Η κεντρικά συγκεντρωμένη λέκιθος περιορίζει την αυλάκωση στην κυτταροπλασματική παρυφή του αυγού

• Η κυτταροπλασματική διαίρεση (κυτταροκίνηση) παρατηρείται μόνο μετά το πέρας αρκετών πυρηνικών διαιρέσεων

• Μετά από 8 μιτωτικές διαιρέσεις (256 πυρήνες) – και χωρίς να έχει ολοκληρωθεί η κυτταροκίνηση –οι πυρήνες μεταναστεύουν στην περιφέρεια του αυγού, όπου δεν υπάρχει λέκιθος

Αρθρόποδα

26

• Κάποιοι από τους πυρήνες στο πίσω τμήμα του αυγού περιβάλλονται από κυτταρόπλασμα και σχηματίζουν τα πολικά κύτταρα, που θα δώσουν τους γαμέτες του ενήλικου οργανισμού

• Η κυτταρική μεμβράνη αναδιπλώνεται προς το εσωτερικό, διαχωρίζοντας τους πυρήνες σε ανεξάρτητα κύτταρα & σχηματίζοντας μια στιβάδα κυττάρων στην περιφέρεια της λεκίθου

27

Πώς η Ποσότητα της Λεκίθου Επηρεάζει τον Τρόπο Ανάπτυξης;

• Άμεση ‘Εμβρυο (juvenils) Eνήλικη μορφή

Προϋποθέσεις1. Ικανοποιητικά λεκιθικά αποθέματα (ερπετά, πτηνά)2. Ύπαρξη πλακούντα (θηλαστικά)

• Έμμεση‘Εμβρυο Νυμφικά στάδια Eνήλικη μορφή

Μεταμόρφωση

28

Αυλάκωση & Διαφορετικά Αναπτυξιακά Πρότυπα

Πολλά ψάρια, ερπετά, πτηνά: ∆ισκοειδής αυλάκωσηΘηλαστικά: Περιστροφική αυλάκωση