18 Gennaio 2022

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Cos’è l’embrione di una rana?

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  • Contribuito da John W. Kimball
  • Professore (in pensione) alla Tufts University & Harvard

L’uovo

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Figura 14.2.1 Uovo di rana

L’uovo di rana è una cellula enorme; il suo volume è oltre 1,6 milioni di volte più grande di una normale cellula di rana. Durante lo sviluppo embrionale, l’uovo si trasformerà in un girino contenente milioni di cellule ma contenente la stessa quantità di materia organica.

  • L’emisfero superiore dell’uovo – il polo animale – è scuro.
  • L’emisfero inferiore – il polo vegetale – è chiaro.
  • Quando è depositato nell’acqua e pronto per la fecondazione, l’uovo aploide si trova nella metafase della meiosi II.

Fecondazione

L’ingresso dello sperma avvia una sequenza di eventi:

  • La meiosi II è completata.
  • Il citoplasma dell’uovo ruota di circa 30 gradi rispetto ai poli.
  • In alcuni anfibi (incluso Xenopus), questo è rivelato dalla comparsa di una banda chiara, la mezzaluna grigia.
  • La mezzaluna grigia si forma di fronte al punto in cui lo sperma è entrato.
  • Preannuncia il futuro modello dell’animale: la sua dorsale ( D ) e ventrale ( V ); la sua superficie anteriore ( A ) e posteriore ( P ); i suoi lati destro e sinistro.
  • I nuclei aploidi dello sperma e dell’uovo si fondono per formare il nucleo diploide dello zigote.

Cleavage

Il nucleo dello zigote subisce una serie di mitosi, con i risultanti nuclei figli che si separano, per citochinesi, in cellule separate e sempre più piccole. Il prima scissione avviene poco dopo la formazione del nucleo dello zigote. Appare un solco che corre longitudinalmente attraverso i poli dell’uovo, passando per il punto in cui lo sperma è entrato e bisecando la mezzaluna grigia. Questo divide l’uovo in due metà formando lo stadio di 2 cellule. Il seconda scissione forma lo stadio a 4 cellule. Il solco di clivaggio attraversa nuovamente i poli, ma ad angolo retto rispetto al primo solco. Il solco nel terza scissione corre orizzontalmente ma in un piano più vicino al polo animale che a quello vegetale. Essa produce lo stadio a 8 cellule.

Figura 14.2.3 Vari stadi di scissione in uno zigote di rana

Anche le successive scissioni procedono in sincronia, producendo un embrione di 16 e poi di 32 cellule. Tuttavia, mentre la scissione continua, le cellule del polo animale iniziano a dividersi più rapidamente di quelle del polo vegetale e quindi diventano più piccole e più numerose. Entro il giorno successivo, la scissione continua ha prodotto una palla cava di migliaia di cellule chiamata blastula. Una cavità piena di fluido, la blastocoelsi forma al suo interno.

Figura 14.2.4 Bastula di rana

Durante l’intero processo non c’è stata alcuna crescita dell’embrione. Infatti, poiché le cellule della blastula sono così piccole, ad occhio nudo la blastula appare proprio come l’uovo originale. Non fino a quando la blastula contiene circa 4.000 cellule c’è una trascrizione dei geni dello zigote. Tutte le attività fino ad ora sono state gestite da prodotti genici (mRNA e proteine) depositati dalla madre quando ha formato l’uovo.

Gastrulazione

L’inizio della gastrulazione è segnato dalla spinta verso l’interno (“invaginazione”) delle cellule nella regione dell’embrione un tempo occupata dal centro della mezzaluna grigia.

Figura 14.2.5 Gastrula di rana

Questo produce un’apertura (il blastoporo) che sarà il futuro ano. un gruppo di cellule che si sviluppa nel Organizzatore di Spemann (dal nome di uno degli embriologi tedeschi che ha scoperto le sue notevoli proprietà induttive).

Mentre la gastrulazione continua, tre distinti “strati germinali si formano:

  • ectoderma
  • mesoderma
  • endoderma

Ognuno di questi avrà ruoli speciali da svolgere nella costruzione dell’animale completo. Alcuni sono elencati nella tabella.

Origine dello strato germinale dei vari tessuti del corpo

Ectoderma Mesoderma Endoderma
pelle Notocorda rivestimento interno di intestino, fegato, pancreas
cervello muscoli rivestimento interno dei polmoni
midollo spinale sangue rivestimento interno della vescica
tutti gli altri neuroni osso tiroide e ghiandole paratiroidi
recettori di senso organi sessuali timo

Figura 14.2.6 Pieghe neurali di rana

L’organizzatore di Spemann (principalmente mesoderma) si svilupperà nella notocordache è il precursore della spina dorsale e indurrà l’ectoderma che si trova sopra di esso a cominciare a formare tessuto neurale invece della pelle. Questo ectoderma cresce in due pieghe longitudinali, formando le pieghe neurali fase. Col tempo le labbra delle pieghe si fondono per formare il tubo neurale. Il tubo neurale alla fine si sviluppa nel cervello e nel midollo spinale.

Differenziazione

Sebbene i vari strati di cellule nella gastrula della rana abbiano in serbo per loro destini definiti e diversi, questi non sono immediatamente evidenti nella loro struttura. Solo sondando i diversi modelli di espressione genica (per esempio, cercando proteine specifiche del tessuto) si possono rilevare le loro differenze. A tempo debito, però, le cellule dell’embrione assumono le strutture e le funzioni specializzate che hanno nel girino, formando neuroni, cellule del sangue, cellule muscolari, cellule epiteliali, ecc. ecc.

Crescita

Quando il girino si schiude, è un organismo completamente formato. Tuttavia, non ha più materia organica dell’uovo originale della rana. Una volta in grado di nutrirsi, tuttavia, il girino può crescere. Guadagna molecole aggiuntive con cui può aumentare il numero di cellule che compongono i suoi vari tessuti.

Collaboratori e attribuzioni

John W. Kimball. Questo contenuto è distribuito sotto una licenza Creative Commons Attribution 3.0 Unported (CC BY 3.0) e reso possibile da un finanziamento di The Saylor Foundation.

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