Ontwikkelingsbiologie, hoofdstuk 1: geschiedenis en basisconcepten
Ontwikkelingsbiologie, is een belangrijke wetenschap om de ontwikkeling van de mens te
achterhalen en daarmee ook te kunnen begrijpen wat er soms fout gaat bij een foetus en waarom.
Hierin spelen niet alleen je genen een rol, maar ook omgevingsfactoren (medicijnen, infecties etc.)
Regeneratieve geneeskunde, een vakgebied dat stamcellen gebruikt om beschadigde weefsels en
organen te herstellen.
Embryogenese, de ontwikkeling van een bevruchte eicel tot embryo.
Modelorganismen, veelgebruikte modelorganismen zijn de Xenopus laevis, Drosophila melanogaster
en Arabidopsis thaliana.
Het ontstaan van ontwikkelingsbiologie
Aristoteles, na de gedachtes van Hippocrates volgen die van Aristoteles. Hij formuleerde in zijn tijd
een vraag die eeuwenlang centraal heeft gestaan in de ontwikkelingsbiologie: epigenesis of
preformatism?
Epigenesis, de gedachte dat nieuwe structuren progressief gevormd worden in de embryo.
Preformatism, de gedachte dat de embryo al voorgevormd was vanaf het begin en simpelweg groter
werd tijdens de ontwikkeling.
Marcello Malpighi, leverde nauwkeurige beschrijvingen over de ontwikkeling van een kippenembryo
in de 17e eeuw, maar bleef desondanks overtuigd van de preformatisme theorie.
Homunculus, sommige aanhangers van het preformatism dachten een klein mens te zien in de kop
van een spermacel. Dat mensje wordt een homunculus genoemd.
Celtheorie, stelt dat alle levende organismen uit cellen bestaan, dat cellen de basiseenheden zijn van
leven en dat nieuwe cellen alleen kunnen ontstaan door het delen van reeds bestaande cellen.
Ontwikkeling kan dus niet gebaseerd zijn op preformatisme, maar juist op epigenese.
Weismann (1840), maakte onderscheid tussen
somatische cellen (somatic cells) en kiemcellen (germ
cells). Nakomeling erven eigenschappen van ouders
alleen via de kiemcellen. Eigenschappen van de ouder
die dus tijdens het leven verkregen zijn, zoals een
mutatie in zijn handcellen, kunnen niet overgedragen
worden aan de kiemcellen.
Nucleaire determinatie, Weismann dacht dat er
factoren in de kern aanwezig waren die bijdragen aan
de asymmetrie van dochtercellen die ontstaat bij de
klievingen. Hij dacht dat deze factoren het lot van de cel bepalen en noemde ze daarom
determinanten maar deze theorie is fout.
Zygote, nadat de eicel bevrucht is en de pronucleï van de sperma- en eicel gefuseerd zijn, is het een
zygote.
Meiose, zorgt voor de vorming van kiemcellen door het chromosomenaantal te halveren. Dit levert
haploïde cellen op die maar 1 kopie hebben van elk chromosoom.
Mitose, zorgt voor de somatische cellen en behoudt het aantal chromosomen. Dit levert diploïde
cellen op die 2 kopieën hebben van elk chromosoom.
Mozaïek ontwikkeling, de gedachte van Weismann is een voorbeeld van mozaïek ontwikkeling
doordat de determinanten niet gelijk verdeeld zijn over de cellen en dus allemaal verschillende
‘kleurtjes’ cellen opleveren. Ondanks dat Weismann zijn theorie niet juist is, is mozaïek ontwikkeling
zeker aanwezig, zie ‘mozaïek embryo’ blz 7.
Wilhelm Roux (1880), voerden een experiment met kikker embryo’s uit waarbij die een van de twee
cellen in het 2-cellig stadium kapot maakte met een hete naald. Hieruit volgde dan een goed
gevormd halve larve. Dit leverde de conclusie dat de ontwikkeling van de kikker gebaseerd is op het
mozaïek mechanisme, waarbij de cellen hun eigen karakter hebben en het lot bij elke klieving
bepaald wordt.
, Hans Driesch (1880), voerde een vergelijkbaar onderzoek uit op zee-egel (sea urchin) embryo’s maar
verwijderde 1 van de 2 cellen uit het 2-cellig stadium, terwijl Roux 1 van de 2 cellen kapot maakte en
liet zitten. Dit leverde een complete zee-egel op die iets kleiner was dan de normale zee-egels. Dit
resultaat is tegenovergesteld aan dat van Roux en het eerste bewijs geweest voor regulatieve
ontwikkeling. T.H. Morgan verkreeg later dezelfde resultaten als Driesch wanneer hij de twee
blastomeren van het 2-cellig stadium van een kikkerembryo van elkaar scheidde.
Regulatieve ontwikkeling, Driesch’ en Morgans experimenten laten de regulatiemogelijkheid van
vertebraten zien. Dat wil zeggen dat een embryo terug kan naar zijn normale ontwikkeling ondanks
dat onderdelen verwijderd of verplaatst worden in de vroege ontwikkeling.
Cytoplasmatische determinanten, Weismann zat fout met zijn kerndeterminanten maar was wel
goed op weg. Er zijn namelijk wel cytoplasmatische determinanten die een rol spelen in de
ontwikkeling van een embryo. Zie ‘mozaïek embryo’ blz 7.
Hierboven is te lezen dat zowel mozaïek als regulatieve ontwikkeling een rol speelt.
Cel-cel interactie, het feit dat embryo’s kunnen reguleren impliceert dat cellen met elkaar kunnen
communiceren en interacteren.
Inductie, hierbij stuurt een cel of weefsel de ontwikkeling van een ander(e) naastgelegen cel of
weefsel aan.
Spemann & Mangold (1924), toonde het belang van inductie en cel-cel interacties aan in de
ontwikkeling van een embryo. Dit deden zei door transplantaties uit te voeren op amfibie embryo’s.
Door weefsel van de dorsale lip van de blastopore te nemen van de ene embryo en dit bij een andere
embryo in te voegen ontstond partieel een tweede embryo.
Dorsale lip, is een invaginatie in het blastopore stadium waar gastrulatie begint (in geval van
amfibieën).
Spemann organizer, het weefsel dat van de dorsale lip van de blastopore was genomen werd
‘organizer’ genoemd, omdat het compleet verantwoordelijk leek te zijn voor het organiseren van een
embryo lichaam. Deze organizer staat nu bekend als de Spemann(-Mangold) organizer.
T.H. Morgan, legde de connectie tussen genetica en ontwikkelingsbiologie door zijn experimenten
met Drosophila melanogaster. Door kruisingsprogramma’s kwam die er namelijk achter dat er
meerdere geslacht gerelateerde eigenschappen zijn en dat zij op 3 verschillende loci liggen in
hetzelfde chromosoom (x chromosoom). Desondanks duurde het nog een lange tijd voordacht de
connectie echt van belang werd door een tekort aan informatie over genen.
Johannsen (1909), maakte een verschil tussen genotype en fenotype:
- Genotype, is de genetische informatie die afkomstig is van de ouders.
- Fenotype, is het uiterlijk, de interne structuur en biochemie van een organisme.
Omgevingsfactoren, het genotype speelt een belangrijke rol in de bepaling van het fenotype, maar
omgevingsfactoren zijn ook bepalend.
De ontdekking dat genen van DNA gemaakt zijn en eiwitten coderen is een belangrijk punt geweest in
het samenkomen van genetica en ontwikkelingsbiologie (1940). De ontdekking dat sommige genen
voor eiwitten coderen die de activiteit van andere genen controleren was ook erg belangrijk (1960).
Modelorganisme, zee-egels en amfibieën zijn de
belangrijkste organismen geweest bij de eerste
experimentele onderzoeken, omdat ze makkelijk te
verkrijgen zijn en in het geval van amfibieën ook relatief
makkelijk experimenteel te manipuleren zijn, zelfs in
late stadia. Voor de vertebraten zijn de kikker (Xenopus
Laevis), de muis (Mus musculus), de kip (Gallus gallus)
en zebravis (Danio rerio) het belangrijkst en voor
invertebraten de fruitvlieg (Drosophila melanogaster) en
de nematode (Caenorhabditis elegans). Over deze
invertebraten is namelijk al veel bekend en zij kunnen
genetisch makkelijk gemanipuleerd worden. Met de
nieuwe technieken is er ook weer aandacht voor de zee-
Ontwikkelingsbiologie, is een belangrijke wetenschap om de ontwikkeling van de mens te
achterhalen en daarmee ook te kunnen begrijpen wat er soms fout gaat bij een foetus en waarom.
Hierin spelen niet alleen je genen een rol, maar ook omgevingsfactoren (medicijnen, infecties etc.)
Regeneratieve geneeskunde, een vakgebied dat stamcellen gebruikt om beschadigde weefsels en
organen te herstellen.
Embryogenese, de ontwikkeling van een bevruchte eicel tot embryo.
Modelorganismen, veelgebruikte modelorganismen zijn de Xenopus laevis, Drosophila melanogaster
en Arabidopsis thaliana.
Het ontstaan van ontwikkelingsbiologie
Aristoteles, na de gedachtes van Hippocrates volgen die van Aristoteles. Hij formuleerde in zijn tijd
een vraag die eeuwenlang centraal heeft gestaan in de ontwikkelingsbiologie: epigenesis of
preformatism?
Epigenesis, de gedachte dat nieuwe structuren progressief gevormd worden in de embryo.
Preformatism, de gedachte dat de embryo al voorgevormd was vanaf het begin en simpelweg groter
werd tijdens de ontwikkeling.
Marcello Malpighi, leverde nauwkeurige beschrijvingen over de ontwikkeling van een kippenembryo
in de 17e eeuw, maar bleef desondanks overtuigd van de preformatisme theorie.
Homunculus, sommige aanhangers van het preformatism dachten een klein mens te zien in de kop
van een spermacel. Dat mensje wordt een homunculus genoemd.
Celtheorie, stelt dat alle levende organismen uit cellen bestaan, dat cellen de basiseenheden zijn van
leven en dat nieuwe cellen alleen kunnen ontstaan door het delen van reeds bestaande cellen.
Ontwikkeling kan dus niet gebaseerd zijn op preformatisme, maar juist op epigenese.
Weismann (1840), maakte onderscheid tussen
somatische cellen (somatic cells) en kiemcellen (germ
cells). Nakomeling erven eigenschappen van ouders
alleen via de kiemcellen. Eigenschappen van de ouder
die dus tijdens het leven verkregen zijn, zoals een
mutatie in zijn handcellen, kunnen niet overgedragen
worden aan de kiemcellen.
Nucleaire determinatie, Weismann dacht dat er
factoren in de kern aanwezig waren die bijdragen aan
de asymmetrie van dochtercellen die ontstaat bij de
klievingen. Hij dacht dat deze factoren het lot van de cel bepalen en noemde ze daarom
determinanten maar deze theorie is fout.
Zygote, nadat de eicel bevrucht is en de pronucleï van de sperma- en eicel gefuseerd zijn, is het een
zygote.
Meiose, zorgt voor de vorming van kiemcellen door het chromosomenaantal te halveren. Dit levert
haploïde cellen op die maar 1 kopie hebben van elk chromosoom.
Mitose, zorgt voor de somatische cellen en behoudt het aantal chromosomen. Dit levert diploïde
cellen op die 2 kopieën hebben van elk chromosoom.
Mozaïek ontwikkeling, de gedachte van Weismann is een voorbeeld van mozaïek ontwikkeling
doordat de determinanten niet gelijk verdeeld zijn over de cellen en dus allemaal verschillende
‘kleurtjes’ cellen opleveren. Ondanks dat Weismann zijn theorie niet juist is, is mozaïek ontwikkeling
zeker aanwezig, zie ‘mozaïek embryo’ blz 7.
Wilhelm Roux (1880), voerden een experiment met kikker embryo’s uit waarbij die een van de twee
cellen in het 2-cellig stadium kapot maakte met een hete naald. Hieruit volgde dan een goed
gevormd halve larve. Dit leverde de conclusie dat de ontwikkeling van de kikker gebaseerd is op het
mozaïek mechanisme, waarbij de cellen hun eigen karakter hebben en het lot bij elke klieving
bepaald wordt.
, Hans Driesch (1880), voerde een vergelijkbaar onderzoek uit op zee-egel (sea urchin) embryo’s maar
verwijderde 1 van de 2 cellen uit het 2-cellig stadium, terwijl Roux 1 van de 2 cellen kapot maakte en
liet zitten. Dit leverde een complete zee-egel op die iets kleiner was dan de normale zee-egels. Dit
resultaat is tegenovergesteld aan dat van Roux en het eerste bewijs geweest voor regulatieve
ontwikkeling. T.H. Morgan verkreeg later dezelfde resultaten als Driesch wanneer hij de twee
blastomeren van het 2-cellig stadium van een kikkerembryo van elkaar scheidde.
Regulatieve ontwikkeling, Driesch’ en Morgans experimenten laten de regulatiemogelijkheid van
vertebraten zien. Dat wil zeggen dat een embryo terug kan naar zijn normale ontwikkeling ondanks
dat onderdelen verwijderd of verplaatst worden in de vroege ontwikkeling.
Cytoplasmatische determinanten, Weismann zat fout met zijn kerndeterminanten maar was wel
goed op weg. Er zijn namelijk wel cytoplasmatische determinanten die een rol spelen in de
ontwikkeling van een embryo. Zie ‘mozaïek embryo’ blz 7.
Hierboven is te lezen dat zowel mozaïek als regulatieve ontwikkeling een rol speelt.
Cel-cel interactie, het feit dat embryo’s kunnen reguleren impliceert dat cellen met elkaar kunnen
communiceren en interacteren.
Inductie, hierbij stuurt een cel of weefsel de ontwikkeling van een ander(e) naastgelegen cel of
weefsel aan.
Spemann & Mangold (1924), toonde het belang van inductie en cel-cel interacties aan in de
ontwikkeling van een embryo. Dit deden zei door transplantaties uit te voeren op amfibie embryo’s.
Door weefsel van de dorsale lip van de blastopore te nemen van de ene embryo en dit bij een andere
embryo in te voegen ontstond partieel een tweede embryo.
Dorsale lip, is een invaginatie in het blastopore stadium waar gastrulatie begint (in geval van
amfibieën).
Spemann organizer, het weefsel dat van de dorsale lip van de blastopore was genomen werd
‘organizer’ genoemd, omdat het compleet verantwoordelijk leek te zijn voor het organiseren van een
embryo lichaam. Deze organizer staat nu bekend als de Spemann(-Mangold) organizer.
T.H. Morgan, legde de connectie tussen genetica en ontwikkelingsbiologie door zijn experimenten
met Drosophila melanogaster. Door kruisingsprogramma’s kwam die er namelijk achter dat er
meerdere geslacht gerelateerde eigenschappen zijn en dat zij op 3 verschillende loci liggen in
hetzelfde chromosoom (x chromosoom). Desondanks duurde het nog een lange tijd voordacht de
connectie echt van belang werd door een tekort aan informatie over genen.
Johannsen (1909), maakte een verschil tussen genotype en fenotype:
- Genotype, is de genetische informatie die afkomstig is van de ouders.
- Fenotype, is het uiterlijk, de interne structuur en biochemie van een organisme.
Omgevingsfactoren, het genotype speelt een belangrijke rol in de bepaling van het fenotype, maar
omgevingsfactoren zijn ook bepalend.
De ontdekking dat genen van DNA gemaakt zijn en eiwitten coderen is een belangrijk punt geweest in
het samenkomen van genetica en ontwikkelingsbiologie (1940). De ontdekking dat sommige genen
voor eiwitten coderen die de activiteit van andere genen controleren was ook erg belangrijk (1960).
Modelorganisme, zee-egels en amfibieën zijn de
belangrijkste organismen geweest bij de eerste
experimentele onderzoeken, omdat ze makkelijk te
verkrijgen zijn en in het geval van amfibieën ook relatief
makkelijk experimenteel te manipuleren zijn, zelfs in
late stadia. Voor de vertebraten zijn de kikker (Xenopus
Laevis), de muis (Mus musculus), de kip (Gallus gallus)
en zebravis (Danio rerio) het belangrijkst en voor
invertebraten de fruitvlieg (Drosophila melanogaster) en
de nematode (Caenorhabditis elegans). Over deze
invertebraten is namelijk al veel bekend en zij kunnen
genetisch makkelijk gemanipuleerd worden. Met de
nieuwe technieken is er ook weer aandacht voor de zee-
