Οργανογένεση ζώων και φυτών και τα χαρακτηριστικά τους

Το οργανογένεση, στην αναπτυξιακή βιολογία, είναι ένα στάδιο αλλαγών όπου οι τρεις στρώσεις που απαρτίζουν το έμβρυο μετατρέπονται σε σειρά οργάνων που βρίσκουμε σε πλήρως ανεπτυγμένα άτομα.

Τοποθετώντας τον εαυτό μας προσωρινά στην ανάπτυξη του εμβρύου, η διαδικασία της οργανογένεσης αρχίζει στο τέλος της γαστρίτιδας και συνεχίζεται μέχρι τη γέννηση του οργανισμού. Κάθε στρώμα βλαστών του εμβρύου διαφέρει σε συγκεκριμένα όργανα και συστήματα.

Στα θηλαστικά, το ectoderm δημιουργεί εξωτερικές επιθηλιακές δομές και νευρικά όργανα. Το μεσοδερμικό σημείο του notochord, οι κοιλότητες, τα όργανα του κυκλοφορικού συστήματος, οι μύες, μέρος του σκελετού και του ουρογεννητικού συστήματος. Τέλος, το ενδοδερμίδιο παράγει το επιθήλιο της αναπνευστικής οδού, του φάρυγγα, του ήπατος, του παγκρέατος, της επένδυσης της ουροδόχου κύστης και του λείου μυός.

Όπως μπορούμε να συμπεράνουμε, πρόκειται για μια λεπτώς ρυθμισμένη διαδικασία όπου τα αρχικά κύτταρα υφίστανται ειδική διαφοροποίηση όπου εκφράζονται συγκεκριμένα γονίδια. Αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από καταρράκτες κυτταρικής σηματοδότησης, όπου τα ερεθίσματα που ρυθμίζουν την κυτταρική ταυτότητα αποτελούνται από εξωτερικά και εσωτερικά μόρια.

Στα φυτά, η διαδικασία της οργανογένεσης γίνεται μέχρι το θάνατο του οργανισμού. Γενικά, τα λαχανικά παράγουν όργανα καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής τους - όπως τα φύλλα, τα στελέχη και τα λουλούδια. Το φαινόμενο είναι ενορχηστρωμένο από τις φυτικές ορμόνες, τη συγκέντρωση αυτών και τη σχέση μεταξύ τους.

Ευρετήριο

• 1 Τι είναι η οργανογένεση?
• 2 Οργανογένεση στα ζώα
  • 2.1 Εμβρυϊκά στρώματα
  • 2.2 Πώς γίνεται ο σχηματισμός οργάνων?
  • 2.3 Ectoderm
  • 2.4 Endoderm
  • 2.5 Mesoderm
  • 2.6 Μετανάστευση των κυττάρων κατά τη διάρκεια της οργανογένεσης
• 3 Οργανογένεση στα φυτά
  • 3.1 Ρόλος των φυτοορμωνών
• 4 Αναφορές

Τι είναι η οργανογένεση?

Ένα από τα πιο έκτακτα γεγονότα στη βιολογία των οργανισμών είναι ο γρήγορος μετασχηματισμός ενός μικρού γονιμοποιημένου κυττάρου σε ένα άτομο που αποτελείται από πολλαπλές και σύνθετες δομές.

Αυτό το κύτταρο αρχίζει να διαιρείται και φθάνει σε ένα σημείο όπου μπορούμε να διακρίνουμε τα στρώματα των βλαστών. Ο σχηματισμός οργάνων συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας που ονομάζεται οργανογένεση και λαμβάνει χώρα μετά την τμηματοποίηση και τη γαστρίτιδα (άλλα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης).

Κάθε πρωτογενής ιστός που έχει σχηματιστεί κατά τη διάρκεια της γαστρεντερίας διαφέρει σε συγκεκριμένες δομές κατά τη διάρκεια της οργανογένεσης. Στα σπονδυλωτά αυτή η διαδικασία είναι πολύ ομοιογενής.

Η οργανογένεση είναι χρήσιμη για τον προσδιορισμό της ηλικίας των εμβρύων, χρησιμοποιώντας τον προσδιορισμό του σταδίου ανάπτυξης κάθε δομής.

Οργανογένεση στα ζώα

Εμβρυϊκά στρώματα

Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των οργανισμών ή εμβρυϊκών βλαστικών στοιβάδων παράγονται (ως διακριτές γεννητικά κύτταρα, αυτά τα ωάρια και τα σπερματοζωάρια), δομές που δημιουργούν όργανα. Μια ομάδα πολυκύτταρων ζώων έχει δύο στρώματα βλαστών - endoderm και ectoderm - και ονομάζονται διπλοπλακίδια.

Σε αυτή την ομάδα ανήκουν οι ανεμώνες και άλλα ζώα. Μια άλλη ομάδα έχει τρία στρώματα, αυτά που αναφέρθηκαν παραπάνω και ένα τρίτο που βρίσκονται μεταξύ τους: το μεσοδερμ. Αυτή η ομάδα είναι γνωστή ως τριπλόβλαστος. Σημειώστε ότι δεν υπάρχει βιολογικός όρος που να αναφέρεται σε ζώα με ένα στρώμα βλαστών.

Μόλις δημιουργηθούν τα τρία στρώματα στο έμβρυο, αρχίζει η διαδικασία οργανογένεσης. Ορισμένα πολύ ειδικά όργανα και δομές προέρχονται από ένα συγκεκριμένο στρώμα, αν και δεν είναι περίεργο ότι κάποια μορφή από δύο στρώματα βλαστών. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχουν συστήματα οργάνων που να προέρχονται από ένα στρώμα βλαστών.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι δεν είναι το στρώμα που αποφασίζει από μόνη της τη μοίρα της δομής και τη διαδικασία διαφοροποίησης. Αντιθέτως, ο καθοριστικός παράγοντας είναι η θέση καθενός από τα κύτταρα σε σχέση με τα άλλα.

Πώς σχηματίζει όργανα?

Όπως αναφέρθηκε, τα όργανα προέρχονται από συγκεκριμένες περιοχές των εμβρυϊκών στρωμάτων που συνθέτουν τα έμβρυά τους. Ο σχηματισμός μπορεί να συμβεί με σχηματισμό πτυχών, διαχωρισμών και συμπυκνωμάτων.

Τα στρώματα μπορούν να αρχίσουν να σχηματίζουν πτυχές που αργότερα δημιουργούν δομές που θυμίζουν ένα σωλήνα - αργότερα θα δούμε ότι αυτή η διαδικασία δημιουργεί τον νευρικό σωλήνα στα σπονδυλωτά. Η βλαστική στρώση μπορεί επίσης να διαιρεθεί και να δημιουργήσει κυστίδια ή παρατάσεις.

Στη συνέχεια θα περιγράψουμε το βασικό σχέδιο σχηματισμού οργάνων ξεκινώντας από τα τρία στρώματα βλαστών. Αυτά τα πρότυπα έχουν περιγραφεί για οργανισμούς μοντέλων σε σπονδυλωτά. Άλλα ζώα μπορεί να παρουσιάζουν ουσιαστικές παραλλαγές της διαδικασίας.

Ectoderm

Οι περισσότεροι επιθηλιακοί και νευρικοί ιστοί προέρχονται από το ectoderm και είναι τα πρώτα όργανα που εμφανίζονται.

Το notochord είναι ένα από τα πέντε διαγνωστικά χαρακτηριστικά των χορδών - και επομένως το όνομα της ομάδας. Κάτω από αυτό φαίνεται μια πάχυνση του εκτοδέρματος που θα δημιουργήσει την νευρική πλάκα. Οι άκρες της πλάκας υποβάλλονται σε ανύψωση, στη συνέχεια λυγίζουν και δημιουργούν έναν επιμήκη σωλήνα και ένα κοίλο εσωτερικό, που ονομάζεται κοίλος νευρικός ραχιαίος σωλήνας ή απλά νευρικός σωλήνας.

Τα περισσότερα από τα όργανα και οι δομές που αποτελούν το νευρικό σύστημα παράγονται από τον νευρικό σωλήνα. Η πρόσθια περιοχή διευρύνεται, σχηματίζοντας τον εγκέφαλο και τα κρανιακά νεύρα. Καθώς εξελίσσεται η ανάπτυξη, σχηματίζονται τα νεύρα του νωτιαίου μυελού και του νωτιαίου μυελού.

Οι δομές που αντιστοιχούν στο περιφερικό νευρικό σύστημα προέρχονται από τα κύτταρα της νευρικής κορυφής. Ωστόσο, η κορυφογραμμή όχι μόνο δημιουργεί τα νευρικά όργανα, αλλά συμμετέχει επίσης στον σχηματισμό των χρωστικών κυττάρων, των χόνδρων και των οστών που σχηματίζουν το κρανίο, τα γάγγλια του αυτόνομου νευρικού συστήματος, ορισμένους ενδοκρινούς αδένες, μεταξύ άλλων..

Endoderm

Παράγωγα όργανα

Στις περισσότερες σπονδυλωτά, το κανάλι τροφοδοσίας σχηματίζεται από ένα πρωτόγονο έντερο, όπου η ακραία περιοχή του σωλήνα ανοίγει προς τα έξω και ευθυγραμμίζονται με το εκτόδερμα, ενώ το υπόλοιπο του σωλήνα είναι ευθυγραμμισμένη με το ενδόδερμα. Από την πρόσθια περιοχή του εντέρου προκύπτουν οι πνεύμονες, το ήπαρ και το πάγκρεας.

Αναπνευστικό σύστημα

Ένα από τα παράγωγα της πεπτικής οδού περιλαμβάνει το φάρυγγα εκκολπωματικό, το οποίο εμφανίζεται στην αρχή της εμβρυϊκής ανάπτυξης όλων των σπονδυλωτών. Στα ψάρια, οι αψίδες με αψίδες δημιουργούν βράγχια και άλλες υποστηρικτικές δομές που παραμένουν σε ενήλικες και επιτρέπουν την εξαγωγή οξυγόνου σε υδατικά συστήματα.

Κατά τη διαδικασία της εξέλιξης, όταν οι πρόγονοι των αμφιβίων αρχίζουν να αναπτύσσουν μια ζωή έξω από το νερό, τα βράγχια δεν είναι πλέον αναγκαία ή χρήσιμα ως γενικά αναπνευστικά όργανα και τα λειτουργικά αντικαθίστανται από τους πνεύμονες.

Έτσι, γιατί τα έμβρυα των χερσαίων σπονδυλωτών έχουν καμάρες αψίδας; Αν και δεν σχετίζονται με τις αναπνευστικές λειτουργίες των ζώων, είναι αναγκαία για την παραγωγή των άλλων δομών, όπως η σιαγόνα, οι δομές του εσωτερικού αυτιού, αμυγδαλές, παραθυρεοειδείς αδένες και θύμο.

Mesoderm

Το μεσοδερμίδ είναι το τρίτο στρώμα και το πρόσθετο στρώμα που εμφανίζεται στα τριπλόβλαστα ζώα. Συσχετίζεται με το σχηματισμό σκελετικών μυών και άλλων μυϊκών ιστών, του κυκλοφορικού συστήματος και των οργάνων που εμπλέκονται στην απέκκριση και την αναπαραγωγή.

Οι περισσότερες μυϊκές δομές προέρχονται από το μεσοδερμικό. Αυτό το στρώμα βλαστών δημιουργεί ένα από τα πρώτα λειτουργικά όργανα του εμβρύου: την καρδιά, η οποία αρχίζει να χτυπά σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης.

Για παράδειγμα, ένα από τα πιο χρησιμοποιημένα μοντέλα για τη μελέτη της εμβρυϊκής ανάπτυξης είναι το κοτόπουλο. Σε αυτό το πειραματικό μοντέλο, η καρδιά αρχίζει να κτυπά τη δεύτερη ημέρα της επώασης - η όλη διαδικασία διαρκεί τρεις εβδομάδες.

Το Mesoderm συμβάλλει επίσης στην ανάπτυξη του δέρματος. Μπορούμε να σκεφτούμε ότι η επιδερμίδα είναι ένα είδος "χίμαιρας" της ανάπτυξης, αφού στο σχηματισμό της εμπεριέχεται περισσότερο από ένα βλαστικό στρώμα. Το εξωτερικό στρώμα προέρχεται από το ectoderm και το ονομάζουμε επιδερμίδα, ενώ το δέρμα σχηματίζεται από το μεσοδερμ.

Μετανάστευση των κυττάρων κατά τη διάρκεια της οργανογένεσης

Ένα εξέχον φαινόμενο στη βιολογία της οργανογένεσης είναι η κυτταρική μετανάστευση που υφίστανται ορισμένα κύτταρα για να φθάσουν στον τελικό προορισμό τους. Δηλαδή, τα κύτταρα προέρχονται από μια θέση στο έμβρυο και είναι σε θέση να κινούν μεγάλες αποστάσεις.

Μεταξύ των κυττάρων που είναι ικανά να μεταναστεύουν έχουμε τα πρόδρομα κύτταρα του αίματος, τα κύτταρα του λεμφικού συστήματος, τα κύτταρα χρωστικής και τα γαμέτες. Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα από τα κύτταρα που σχετίζονται με την οστική προέλευση του κρανίου μεταναστεύουν κοιλιακά από την ραχιαία περιοχή της κεφαλής.

Οργανογένεση σε φυτά

Όπως και στα ζώα, η οργανογένεση στα φυτά συνίσταται στη διαδικασία σχηματισμού των οργάνων που συνθέτουν τα φυτά. Υπάρχει μια βασική διαφορά στις δύο καταγωγές: ενώ οργανογένεση στα ζώα παρουσιάζεται στα εμβρυϊκά στάδια και λήγει όταν το άτομο γεννιέται, οργανογένεση στα φυτά σταματά μόνο όταν το φυτό πεθαίνει.

Τα φυτά παρουσιάζουν ανάπτυξη σε όλα τα στάδια της ζωής τους, χάρη στις περιοχές που βρίσκονται σε συγκεκριμένες περιοχές του φυτού που ονομάζονται meristems. Αυτές οι περιοχές συνεχούς ανάπτυξης παράγουν τακτικά κλαδιά, φύλλα, λουλούδια και άλλες πλευρικές δομές.

Ρόλος των φυτοορμονών

Στο εργαστήριο έχει επιτευχθεί ο σχηματισμός δομής που ονομάζεται τύλος. Προκαλείται με εφαρμογή κοκτέιλ φυτοορμονών (κυρίως αυξίνες και κυτοκινίνες). Ο τύλος είναι μια δομή που δεν διαφοροποιείται και είναι παντρευτική - δηλαδή, μπορεί να παράγει οποιοδήποτε είδος οργάνου, όπως τα γνωστά βλαστικά κύτταρα στα ζώα.

Αν και οι ορμόνες αποτελούν βασικό στοιχείο, δεν είναι η ολική συγκέντρωση της ορμόνης που οδηγεί στη διαδικασία της οργανογένεσης, αλλά η σχέση μεταξύ των κυτοκινινών και των αυξίνων.

Αναφορές

1. Gilbert, S.F. (2005). Βιολογία της ανάπτυξης. Ed. Panamericana Medical.
2. Gilbert S.F. & Epel, D. (2009). Οικολογική αναπτυξιακή βιολογία: ενσωμάτωση της επιγενετικής, της ιατρικής και της εξέλιξης.
3. Hall, Β. Κ. (2012). Εξελικτική αναπτυξιακή βιολογία. Springer Science & Business Media.
4. Hickman, C. Ρ., Roberts, L.S., & Larson, Α. (2007). Ολοκληρωμένες αρχές της ζωολογίας. McGraw-Hill
5. Raghavan, V. (2012). Αναπτυξιακή βιολογία των ανθοφόρων φυτών. Springer Science & Business Media.
6. Rodríguez, F.C. (2005). Βάσεις ζωικής παραγωγής. Πανεπιστήμιο της Σεβίλλης.