Evolution, Fortpflanzung und Entwicklung
Eizelle und Spermium, Befruchtung der Eizelle
• größte Zelle ist die Eizelle
die menschliche Eizelle produziert mindestens verschiedene 250 Zelltypen
Zygote (befruchtete Eizelle) → Blastula → Gastrula (erster Organismus mit mehreren Zellschichten)
▪ daraus können Außenschichtzellen, Mittelschichtzellen, Innenschichtzellen oder Keimzellen entstehen
• kleinste Zelle ist das Spermium
» August Weismann prostulierte die Keimplasmatheorie, die besagt, dass die Nachkommen die Eigenschaften von der
Keimzelle und nicht von der Somazelle erben.
• Asexuelle Fortpflanzung gescheiht durch Knospenbildung
◦ Vorteil bei der Vermehrung im Biotop
Meiose – sexuelle Fortpflanzung
• männliche Keimzellen entstehen in den Testes / Hoden
• weibliche Keinzellen entstehen in den Ovaren / Eierstöcken
• Ausgangszelle wird zu 4 haploiden Keimzellen
1. Meiose 1 n- Anzahl (Chromosomensatz)
1. Prophase 1 2
2. Metaphase 1 4
3. Anaphase 1 2
4. Telophase 1
2. Meiose 2 1
• befruchtete Zygote kann 70 Billionen mögliche
Chromosomenkombinationen eingehen
• nur Mutationen auf die Zygote selbst, wirkt sich auf die
nächste Generation aus
◦ darum keine Nachkommen zwischen engen Verwandten
◦ Risiko einer Erbkerkrankung bei Vater zu Tochter liegt bei
30-50%
➔ Inzucht führt zu Allelarmut und einem Homozygot
• zufällige Verteilung der elterlichen Chromosomen ergibt
Möglichkeit der Neukombination genetischer Information und
damit der Erhöhung der genetischen Variabilität
• beim Menschen wird das Geschlecht genetisch und Hormonell bestimmt
◦ zunächst bilden sich bipotente Gonaden, die sich also in beide Richtungen entwickeln können
Spermatogonese und Oogenese
• Spermatogenese im Hoden
1. aus der Urkeimzelle im Embryo teilt sich durch
Mitose eine diploide spermatogoniale
Stammzelle
2. Mitose zum Spermatogonium
3. Mitose zu Spermatocyte 1 (diploid)
4. Meiose 1 zu zwei sekundären haploiden Mitochondrien liefern
Mit Enzymen zum
Energie zur Bewegung
Spermatocyten 2 des Schwanzes → Aufbau Eizellen-eindringen
mitotischer
5. Meiose 2 zu vier haploiden Spermatiden, die sich Spindel
zu Spermien differenzieren
6. Spermien bewegen sich wähend der Spermatogenese von Basallamina der Hodenkanälchen weiter nach
innen
→ treten in das Lumen eines Samenkanälchens
• Oogonese im Eierstock
1. aus der diploiden Urkeimzelle im Embryo teilt sich mitotisch ein Oogonium
2. Mitose zu primären Oocyten (diploid) die in Follikeln ruhen
3. in Pubertät reift jeden Monat eine Follikel heran und Oocyte 1 schließt Meiose 1 ab
4. Beginn von Meiose 2, stoppt aber in der Metaphase
5. Abschluss und assymetrische Teilung erst nach Befruchtung der Eizelle → diploid
1. inäqaule Cytokinese = kleinere Zellteilungsprodukte werden zu Polkörpern, die degenerieren
◦ augeplatzte Follikel nach dem Eisprung entwickelt sich zum Gelbkörper, degeneriert bei nicht-Befruchtung
Thermo- und Chemotaxis
Thermotaxis= Spermien bewegen sich zu den wärmeren Regionen des Eierstockes
Chemotaxis= Spermien werden durch Lockstoffe/ Hormone im Eileiter zu der Eizelle gelockt
außerdem bewegen sich Spermien zu dem Sauren Bereich des Eierstockes
, ➔ von ca. 250 Millionen Spermien bleiben ca. 500-1000 im Eileiter übrig
Fertilisation
• erstes Spermium verursacht den Quellungseffekt an der Eizelle
➔ Quellungseffekt verhindert den Eintritt eines zweiten Spermiums
➔ Quellung besteht aus Extrazellulärer Matrix (Collagen) s.u.
Befruchtung beim Menschen durch ein Spermium
• Verschmelzung der Zellkerne von Eizelle und Spermium zu einer diploiden Zygote
• Spermien dringen nur bei negativen Membranpotenzial ein
1. Spermium dockt an die dünne Zona pellucida (Gallerthülle) an
2. Akrosomreaktion setzt hydrolytische Enzyme durch Exocytose frei, die am Wirkungsort das Eigallerte auflösen
3. Fusion der Membranen von Spermien- und Eizelle und Depolarisation der Membran von -70 auf +20 mV
(schneller Block gegen Polyspermie) → Ladungsänderung der Membran verhindert Eindringen weiterer
Spermien
4. Freisetzung von Corticalgranula (corticale Reaktion) → Aushärtung der Zona Pellucida
5. Inhalt scheidet spermienbindende Rezeptoren ab, Bildung der Befruchtungshülle (langsamer Block gegen
Polyspermie)
→ Blockierung gegen Polyspermie, nächstes Spermium bleibt in der aushärtenden Schicht stecken
Furchung
➢ Phase rascher Zellteilungen, die zur Produktion von Blastomeren führt
➢ es entsthet eine vielzellige Hohkugel, einer Blastula, die eine flüssigkeitsgefüllte Höhle, ein Blastocoel, umgibt
Gastrulation
➢ Umwandlung der Blastula in eine Gastrula
➢ primitiver Verdauungstrakt, ein Urdarm (Archenteron) und drei embryonale Keimblätter:
➢ Ektoderm, Mesoderm und Endoderm
Organogenese
➢ Organe entwickeln sich aus bestimmten Anteilen der drei Keimblätter
1. Bildung der Chorda dorsalis (dorsaler Mesoderm)
▪ seitlich davon entwickeln sich Somiten
2. Bildung des Coeloms (lateraler Mesoderm)
3. Entwicklung des Neuralrohrs (Einwölbung der ektodermalen Neuralplatte)
➢ Zellen, die ihren Differenzierungsweg eingeschlagen haben, können ihre Form noch ändern oder sogar Position
im Körper ändern (Zellmigration)
➢
Polyspermie, Entwicklung der Blastozyste und des menschlichen Embryos
Meiosefehler können zu Triploidien, Monosomien, Trisomien führen
→ oft kommt es zu Früh- und Fehlgeburten
• je älter die Mutter, desto riskanter die Schwangerschaft
• Polyspermie ist eine der häufigsten Ursachen für den frühen Abbruch
Keimbahn=Abfolge von Zellen, aus der die Keimzellen eines Individuums hervorgehen
Soma= Körperzellen, die sich frühembryonal von der Keimbahn getrennt haben und aus denen keine Gameten entstehen
können
Eisprung, Fertilisation und Entwicklung des Fötus (Seite 1427 im Cambpell)
1. haploide Oozyte 2 wird beim Eisprung frei, die vom Eileiter aufgenommen wird
2. Spermium dringt in Oozyte ein und Meiose wird vollendet →
Äußere Schicht der Blastozyste
Eizellenbildung
3. Furchungsteilungen beginnen im Eileiter, während Wimpernepithelien den
Transport Richtung Uterus sicherstellen
◦ erste Zellteilung nach 36 Stunden, zweite nach 60 Stunden und dritte
nach 72 Stunden → mehr als 100 Blastomere
4. etwa am 4. Tag erreicht der Keim den Uterus, eine äußere Schicht
(Trophoblast) und innere Schicht (Emryoblast) ist entstanden → zsm
Blastocyste
5. Blastozyste nistet sich nach etwa 6-7 Tagen in der Uterusschleimhaut
(Endometrium) ein
➢ durch Enzymfreisetzung, die die Endometriummoleküle abbauen
◦ hierbei ist der embryonale Pol Richtung Endometrium gerichtet (mit Innerer Zellmasse daran) →
◦ hierdurch sind die Körperachsen schon festgelegt Körperachsen:
Dorsal- Ventral (Rücken-Brust)
Anterior-Posterior (Kopf-Fuß)
Links-Rechts (proximal- distal)
Eizelle und Spermium, Befruchtung der Eizelle
• größte Zelle ist die Eizelle
die menschliche Eizelle produziert mindestens verschiedene 250 Zelltypen
Zygote (befruchtete Eizelle) → Blastula → Gastrula (erster Organismus mit mehreren Zellschichten)
▪ daraus können Außenschichtzellen, Mittelschichtzellen, Innenschichtzellen oder Keimzellen entstehen
• kleinste Zelle ist das Spermium
» August Weismann prostulierte die Keimplasmatheorie, die besagt, dass die Nachkommen die Eigenschaften von der
Keimzelle und nicht von der Somazelle erben.
• Asexuelle Fortpflanzung gescheiht durch Knospenbildung
◦ Vorteil bei der Vermehrung im Biotop
Meiose – sexuelle Fortpflanzung
• männliche Keimzellen entstehen in den Testes / Hoden
• weibliche Keinzellen entstehen in den Ovaren / Eierstöcken
• Ausgangszelle wird zu 4 haploiden Keimzellen
1. Meiose 1 n- Anzahl (Chromosomensatz)
1. Prophase 1 2
2. Metaphase 1 4
3. Anaphase 1 2
4. Telophase 1
2. Meiose 2 1
• befruchtete Zygote kann 70 Billionen mögliche
Chromosomenkombinationen eingehen
• nur Mutationen auf die Zygote selbst, wirkt sich auf die
nächste Generation aus
◦ darum keine Nachkommen zwischen engen Verwandten
◦ Risiko einer Erbkerkrankung bei Vater zu Tochter liegt bei
30-50%
➔ Inzucht führt zu Allelarmut und einem Homozygot
• zufällige Verteilung der elterlichen Chromosomen ergibt
Möglichkeit der Neukombination genetischer Information und
damit der Erhöhung der genetischen Variabilität
• beim Menschen wird das Geschlecht genetisch und Hormonell bestimmt
◦ zunächst bilden sich bipotente Gonaden, die sich also in beide Richtungen entwickeln können
Spermatogonese und Oogenese
• Spermatogenese im Hoden
1. aus der Urkeimzelle im Embryo teilt sich durch
Mitose eine diploide spermatogoniale
Stammzelle
2. Mitose zum Spermatogonium
3. Mitose zu Spermatocyte 1 (diploid)
4. Meiose 1 zu zwei sekundären haploiden Mitochondrien liefern
Mit Enzymen zum
Energie zur Bewegung
Spermatocyten 2 des Schwanzes → Aufbau Eizellen-eindringen
mitotischer
5. Meiose 2 zu vier haploiden Spermatiden, die sich Spindel
zu Spermien differenzieren
6. Spermien bewegen sich wähend der Spermatogenese von Basallamina der Hodenkanälchen weiter nach
innen
→ treten in das Lumen eines Samenkanälchens
• Oogonese im Eierstock
1. aus der diploiden Urkeimzelle im Embryo teilt sich mitotisch ein Oogonium
2. Mitose zu primären Oocyten (diploid) die in Follikeln ruhen
3. in Pubertät reift jeden Monat eine Follikel heran und Oocyte 1 schließt Meiose 1 ab
4. Beginn von Meiose 2, stoppt aber in der Metaphase
5. Abschluss und assymetrische Teilung erst nach Befruchtung der Eizelle → diploid
1. inäqaule Cytokinese = kleinere Zellteilungsprodukte werden zu Polkörpern, die degenerieren
◦ augeplatzte Follikel nach dem Eisprung entwickelt sich zum Gelbkörper, degeneriert bei nicht-Befruchtung
Thermo- und Chemotaxis
Thermotaxis= Spermien bewegen sich zu den wärmeren Regionen des Eierstockes
Chemotaxis= Spermien werden durch Lockstoffe/ Hormone im Eileiter zu der Eizelle gelockt
außerdem bewegen sich Spermien zu dem Sauren Bereich des Eierstockes
, ➔ von ca. 250 Millionen Spermien bleiben ca. 500-1000 im Eileiter übrig
Fertilisation
• erstes Spermium verursacht den Quellungseffekt an der Eizelle
➔ Quellungseffekt verhindert den Eintritt eines zweiten Spermiums
➔ Quellung besteht aus Extrazellulärer Matrix (Collagen) s.u.
Befruchtung beim Menschen durch ein Spermium
• Verschmelzung der Zellkerne von Eizelle und Spermium zu einer diploiden Zygote
• Spermien dringen nur bei negativen Membranpotenzial ein
1. Spermium dockt an die dünne Zona pellucida (Gallerthülle) an
2. Akrosomreaktion setzt hydrolytische Enzyme durch Exocytose frei, die am Wirkungsort das Eigallerte auflösen
3. Fusion der Membranen von Spermien- und Eizelle und Depolarisation der Membran von -70 auf +20 mV
(schneller Block gegen Polyspermie) → Ladungsänderung der Membran verhindert Eindringen weiterer
Spermien
4. Freisetzung von Corticalgranula (corticale Reaktion) → Aushärtung der Zona Pellucida
5. Inhalt scheidet spermienbindende Rezeptoren ab, Bildung der Befruchtungshülle (langsamer Block gegen
Polyspermie)
→ Blockierung gegen Polyspermie, nächstes Spermium bleibt in der aushärtenden Schicht stecken
Furchung
➢ Phase rascher Zellteilungen, die zur Produktion von Blastomeren führt
➢ es entsthet eine vielzellige Hohkugel, einer Blastula, die eine flüssigkeitsgefüllte Höhle, ein Blastocoel, umgibt
Gastrulation
➢ Umwandlung der Blastula in eine Gastrula
➢ primitiver Verdauungstrakt, ein Urdarm (Archenteron) und drei embryonale Keimblätter:
➢ Ektoderm, Mesoderm und Endoderm
Organogenese
➢ Organe entwickeln sich aus bestimmten Anteilen der drei Keimblätter
1. Bildung der Chorda dorsalis (dorsaler Mesoderm)
▪ seitlich davon entwickeln sich Somiten
2. Bildung des Coeloms (lateraler Mesoderm)
3. Entwicklung des Neuralrohrs (Einwölbung der ektodermalen Neuralplatte)
➢ Zellen, die ihren Differenzierungsweg eingeschlagen haben, können ihre Form noch ändern oder sogar Position
im Körper ändern (Zellmigration)
➢
Polyspermie, Entwicklung der Blastozyste und des menschlichen Embryos
Meiosefehler können zu Triploidien, Monosomien, Trisomien führen
→ oft kommt es zu Früh- und Fehlgeburten
• je älter die Mutter, desto riskanter die Schwangerschaft
• Polyspermie ist eine der häufigsten Ursachen für den frühen Abbruch
Keimbahn=Abfolge von Zellen, aus der die Keimzellen eines Individuums hervorgehen
Soma= Körperzellen, die sich frühembryonal von der Keimbahn getrennt haben und aus denen keine Gameten entstehen
können
Eisprung, Fertilisation und Entwicklung des Fötus (Seite 1427 im Cambpell)
1. haploide Oozyte 2 wird beim Eisprung frei, die vom Eileiter aufgenommen wird
2. Spermium dringt in Oozyte ein und Meiose wird vollendet →
Äußere Schicht der Blastozyste
Eizellenbildung
3. Furchungsteilungen beginnen im Eileiter, während Wimpernepithelien den
Transport Richtung Uterus sicherstellen
◦ erste Zellteilung nach 36 Stunden, zweite nach 60 Stunden und dritte
nach 72 Stunden → mehr als 100 Blastomere
4. etwa am 4. Tag erreicht der Keim den Uterus, eine äußere Schicht
(Trophoblast) und innere Schicht (Emryoblast) ist entstanden → zsm
Blastocyste
5. Blastozyste nistet sich nach etwa 6-7 Tagen in der Uterusschleimhaut
(Endometrium) ein
➢ durch Enzymfreisetzung, die die Endometriummoleküle abbauen
◦ hierbei ist der embryonale Pol Richtung Endometrium gerichtet (mit Innerer Zellmasse daran) →
◦ hierdurch sind die Körperachsen schon festgelegt Körperachsen:
Dorsal- Ventral (Rücken-Brust)
Anterior-Posterior (Kopf-Fuß)
Links-Rechts (proximal- distal)
