Co się dzieje we wnętrzu skorupki, czyli jak powstaje życie?

26-03-2016
A więc stało się.  Po wielu długich miesiącach życia w mroku, zimnie i szarości, wszystkim nam udało się dotrwać do tego czasu w roku, kiedy na drzewach widać nowe pączki, zwierzęta zaraz opuszczą swoją norki, a my obchodzić będziemy Wielkanoc, w czasie której zwrot cud życia padać będzie w rozmowach częściej niż deszcz w Londynie, a wiele z naszych ciotek i przyjaciół rzuci przy stole pytanie o to, co było pierwsze – kura, czy jajko? Nie żebym się czepiała, ale jeśli pozbawić by tej zagadki całej jej filozoficznej doniosłości i sprowadzić jedynie do technicznej zagwozdki, oczywistym jest, że pierwsze na świecie pojawiło się jajko. Ptaki wywodzą się przecież od gadów, a gady jaja składały na długo przed naszymi pierzastymi przyjaciółmi. Jeśli chcecie naprawdę zadumać się nad cudem życia i złożonością jego powstawania, polecam raczej pochylić się nad tematem rozwoju zarodkowego, czyli dokładnie nad tym, o czym pogadamy sobie dzisiaj. Chodźcie!
 

Pamiętacie post o zapłodnieniu? Na potrzeby tej notki przyjmijmy, że u kury cały ten proces wygląda z grubsza tak samo (no, może z tą różnicą, że u ptaków do oocytu wnika wiele plemników, a nadprogramowe z nich trawione są przez specjalne enzymy), dlatego też pomijamy dzisiaj tę część i rozpoczynamy naszą analizę cudu życia od stadium, które zwie się…

Bruzdkowanie

Bruzdkowanie to najwcześniejszy okres w życiu zarodka, który obejmuje wszystko, co dzieje się zanim zacznie on powiększać swoją objętość (czyli objętość komórki jajowej). W jego trakcie zygota przechodzi przez serię szybkich podziałów, w ciągu których przede wszystkim fragmentuje cytoplazmę. W przypadku kury bruzdkowanie zachodzi równolegle z powstawaniem wszystkich elementów jajka, trwa jakieś 24 godziny i kończy się w momencie, gdy komórki zarodka uformują tzw. tarczkę zarodkową – strukturę wyglądem przypominającą płaskie kółeczko spoczywające na żółtku, którego środek troszkę od niego odstaje.

Po uformowaniu tarczki komórki zarodka układają się dodatkowo w dwie warstwy: epiblast leżący na górze i hipoblast znajdujący się niżej, usytuowany bliżej żółtka. Komórki epiblastu, z których powstanie przyszły kurczak, szybko rozpoczynają migrację ku tyłowi tarczki i usadawiają się tam w zupełnie nieprzypadkowych miejscach, tworząc coś co nazywa się mądrze presumptywnymi listkami zarodkowymi.

Listki zarodkowe: skupiska komórek w zarodku, z których powstaną w przyszłości odpowiednie grupy tkanek i narządów. Wśród listków wyróżniamy ektodermę, z której powstaną m.in skóra, czy układ nerwowy, mezodermę tworzącą mięśnie i kości oraz endodermę, której komórki są materiałem na jelita, żołądek, czy płuca.

Plik_000 (2)

To mniej więcej na tym etapie jajo zostaje zniesione, w związku z czym szybko się wychładza, a tempo podziałów na moment zwalnia. Zarodek składa się na tym etapie z jakichś 60 tysięcy komórek.

Gastrulacja!

Mówiąc najogólniej, gastrulacja jest w rozwoju zarodkowym czasem przemieszczeń, migracji i intensywnych ruchów wszystkich komórek ciała zarodka. Przesuwają się one, przeciskają i robią wszystko, by ustawić się w odpowiednich dla siebie miejscach. Po co? No sami pomyślcie – gdyby listki zarodkowe ustawiły się w przypadkowej kolejności, mogłoby dojść do tego, że przyszła wątroba leżałaby sobie tuz obok komórek tworzących skórę, a materiał na lewy piszczel usadowił się w miejscu, gdzie powstać powinno serce. Aby uniknąć takiego organizacyjnego chaosu, trzeba na samym początku poukładać wszystko na właściwych miejscach. W wyniku ruchów gastrulacyjnych płaska grudka nabiera przestrzennej struktury i może rozpocząć właściwy wzrost kolejnych tkanek.

W przypadku kurczaka ruchy rozpoczynają się od miejsc zwanego smugą pierwotną. Smuga pierwotna nie jest tak naprawdę żadną odrębną strukturą i ma bardzo dynamiczny charakter. Określenie to odnosi się bardziej do miejsca, które widoczne jest właśnie jako smuga lub rynienka, niż do konkretnego zbioru komórek. Smuga pierwotna jest tym miejscem, w którym komórki epiblastu wnikają do wnętrza zarodka (stąd smugowate zagłębienie) i migrują w stronę hipoblastu, rozpychając się przy okazji na bok, o tak:

Plik_000 (1)

W tym samym czasie, ciało zarodka zaczyna się wydłużać i zmienia kształt z okrągłego na bardziej owalny (taki języczkowaty wręcz!), dodatkowo przepychając komórki listków zarodkowych do właściwych miejsc tak, aby ostatecznie utworzyły one trzywarstwową strukturę. Ektoderma, czyli przyszła skóra i układ nerwowy, znajdować się będzie najbardziej na zewnątrz, dalej mezoderma stanowiąca materiał na mięśnie i kości wypełni środek tego podłużnego pęcherzyka, a w samym jego środku usadowią się te komórki, które utworzą całą resztę wnętrzności, czyli endoderma. Ma sens? Całkiem sporo! Jeśli pomyśleć by o naszych ciałach w takim właśnie schematycznym ujęciu, przedstawiać ono będzie wierne odzwierciedlenie planu naszych organizmów. Teraz, gdy wszystkie listki zarodkowe są już na swoich miejscach rozpocząć się może ich różnicowanie.

Plik_000

Różnicowanie!

Na skutek działania niesłychanie skomplikowanych i wciąż nie do końca poznanych szlaków sygnałowych odpowiednie komórki w listkach zarodkowych zaczynają rozumieć, co dokładnie jest ich przeznaczeniem:

Plik_000 (3)

I tak np. tkanka nerwowa układa się w rynienkę biegnącą wzdłuż (coraz bardziej wydłużonego) ciała zarodka. Powstała w ten sposób cewka nerwowa stanie się w przyszłości rdzeniem kręgowym i zacznie wypuszczać na boki kolejne odgałęzienia unerwiające ciało. Jej przednia część utworzy trzy pęcherzykowate rozszerzenia – przodo-, śród- i tyłomózgowie – stanowiące zrąb, na bazie którego rozwijać będzie się mózg. Ektoderma, która nie wejdzie w skład tych struktur, rozwinie natomiast nabłonek skóry, pióra, pazury, czy dziób.

Mezoderma tymczasem usadowi się wokół cewki nerwowej, tworząc wzdłuż niej somity – oddzielne struktury wyglądające jak małe prostokąciki. Somity utworzą około 20 par symetrycznie rozłożonych po obydwu stronach cewki i zróżnicują potem w trzy główne grupy komórek: dermatomy, które dadzą początek skórze właściwej; sklerotomy, będące zawiązkami kręgów oraz miotomy, z których później wykształcą się mięśnie. Osobna część mezodermy wytworzy też układ krążenia, o do którego wrócimy za moment.

Grudka komórek będących endodermą podniesie się natomiast, wydłuży i przyjmie postać rury przebiegającej przez całe ciało. Stanie więc dokładnie tym, czym jest układ pokarmowy – rurką zaczynającą się w ustach i kończącą w pupie zwierzęcia.

Krążenie

A teraz najciekawsze. Bo niby wszyscy zdajemy sobie sprawę z tego, że żółtko w jajku służy kurczaczkowi do tego, by być dla niego zapasem energii i składników budulcowych. Tylko że jak ten mały kurczak ma skorzystać z jego zasobów? Tak sobie… zjeść? Jak je zjeść, kiedy jest się grudką komórek bez zębów i przewodu pokarmowego? No właśnie. Tak naprawdę kurzy zarodek oplata żółtko siecią naczyń krwionośnych, dzięki którym wysysa z niego to, co najlepsze. Już w stadium około 9-10 somitów (tych, o których mówiliśmy wcześniej) w zarodku pojawia się zawiązek komory serca, która natychmiast zaczyna się kurczyć. Niedługo potem dobudowuje się do niej przedsionek, który wspólnie z komorą rozpoczyna tłoczenie krwi z zarodka do specjalnie wykształconych w tym celu naczyń krwionośnych częściowo oplatających żółtko (gdzie zachodzi pobieranie z niego wszystkich niezbędnych składników) i z powrotem do ciała przyszłego kurczaka. Cały ten mechanizm wygląda o tyle efektownie, że początkowo serce zarodka znajduje się tak właściwie poza jego ciałem – jest dużym, wystającym spod formującej się głowy pęcherzykiem, który tłoczy krew do siateczki naczyń leżących na żółtku i wielokrotnie przerastających swoimi rozmiarami całkowitą wielkość ciała zarodka:

W miarę wzrostu pisklęcia, masa i objętość żółtka maleją, aż w końcu kurczą się na tyle, że tuż przed wylęgiem wciągane są do jamy ciała młodego kurczęcia i mogą posłużyć mu za źródło pożywienia jeszcze przez kilkanaście godzin po wykluciu.

Jak ustawi się kurczak?

Choć wszelkiego rodzaju  kartki wielkanocne, które ukazują kurczaczki siedzące sobie w rozbitej na pół skorupce, sugerują, że kurczę jest ustawione w jajku w taki sposób, że jego pupa dotyka tępego końca jaja, a głowa – ostrego, to jednak sprawy mają się trochę inaczej. Zgodnie z prawem von Baera, większość kurcząt ustawia się we wnętrzu jaja w ten sposób, że jeśli ustawimy je tępym końcem w lewo, to głowa znajdować będzie się na godzinie dwunastej. Z czasem kurczak obraca ją w stronę komory powietrznej (na tępym końcu jajka), z której czerpie tlen, a tuż przed wykluciem, korzystając ze specjalnego zgrubienia na dziobie (zwanego zębem lęgowym) nacina skorupkę od środka, wytwarzając coś w rodzaju wieczka i następnie kilkakrotnie energicznie uderza w nie, wydostając się na zewnątrz.

animal-easter-chick-chicken

I właśnie w ten sposób powstało zupełnie nowe życie.

To jak? Wesołego jajka?

Buzi!