TEMA Lo sviluppo embrionale Unità 10 TEMA Lo sviluppo embrionale

9 La fecondazione genera uno zigote e innesca lo sviluppo embrionale Lo sviluppo embrionale ha inizio con la fecondazione L’unione di uno spermatozoo e di un oocita Dà origine a uno zigote diploide

9 La fecondazione genera uno zigote e innesca lo sviluppo embrionale Le caratteristiche degli spermatozoi La forma affusolata dello spermatozoo rappresenta un adattamento al nuoto La testa contiene Il nucleo con un corredo coromosmico aploide L’acrosoma: una vescicola piena di enzimi litici che aiutano lo spermatozoo ad entrare nel nucleo Il collo e la porzione intermedia dello spermatozoo contengono un lungo mitocondrio a forma di spirale che fornisce ATP per il movimento del flagello

Figura 14 Un oocita umano circondato da spermatozoi (SEM colorata)

Figura 15 La struttura di uno spermatozoo umano

9 La fecondazione genera uno zigote e innesca lo sviluppo embrionale Il processo di fecondazione Lo spermatozoo si fa strada tra le cellule rimaste dopo il distacco del follicolo Raggiunto l’oocita l’acrosoma rilascia enzimi che digeriscono il rivestimento, formandovi una cavità Alcune proteine presenti sulla sua superficie si legano a recettori specifici posti sullo strato vitellino dell’oocita La membrana plasmatica si fonde con quella dell’oocita Avvengono diversi cambiamenti morfologici dell’oocita I nuclei dello spermatozoo e dell’oocita si fondono

9 La fecondazione genera uno zigote e innesca lo sviluppo embrionale Cambiamenti morfologici nell’oocita dopo la fecondazione La membrana plasmatica diventa impenetrabile agli altri spermatozoi Lo strato vitellino si trasforma nella membrana di fecondazione Queste trasformazioni sono fondamentali per impedire che l’oocita possa essere fecondato da più di uno spermatozoo

Figura 16 Il processo di fecondazione nel riccio di mare

Tabella 3 Cronologia degli eventi della fecondazione per il riccio di mare

9 La fecondazione genera uno zigote e innesca lo sviluppo embrionale KEY TERMS Acrosoma Acrosome Strato vitellino Vitelline layer Membrana di fecondazione Fertilization membrane

9 La fecondazione genera uno zigote e innesca lo sviluppo embrionale SPIEGA Qual è la funzione della membrana di fecondazione?

10 La segmentazione trasforma lo zigote in una blastula La segmentazione consiste in una rapida successione di divisioni cellulari che trasformano lo zigote in una sfera di cellule: un embrione pluricellulare Le dimensioni dell’embrione non aumentano molto La segmentazione si limita a suddividere il citoplasma di un’unica grande cellula di partenza in numerose cellule più piccole

Figura 17 La segmentazione nel riccio di mare

Figura 17 La segmentazione nel riccio di mare

Figura 17 La segmentazione nel riccio di mare

Figura 17 La segmentazione nel riccio di mare

Figura 17 La segmentazione nel riccio di mare

10 La segmentazione trasforma lo zigote in una blastula Raramente una delle cellule dell’embrione all’inizio del suo sviluppo può separarsi dalle altre e “resettarsi” tornando alla condizione di zigote Questo fenomeno porta allo sviluppo di gemelli identici, o monozigoti I gemelli non identici, o dizigoti, si formano quando due differenti cellule uovo si fondono con due spermatozoi generando due zigoti differenti dal punto di vista genetico, che si sviluppano contemporaneamente

10 La segmentazione trasforma lo zigote in una blastula KEY TERMS Segmentazione Cleavage Blastocele Blastocoel Blastula Blastula Gemelli monozigoti Monozygotic twins Gemelli dizigoti Dizygotic twins

10 La segmentazione trasforma lo zigote in una blastula DEDUCI In che modo la riduzione delle dimensioni delle cellule durante la segmentazione porta a un aumento del rifornimento di ossigeno per i mitocondri cellulari?

11 La gastrulazione dà origine a un embrione formato da tre strati di cellule La gastrulazione L’embrione si organizza in una struttura, chiamata gastrula, formata da tre strati, o foglietti, di cellule Ectoderma: forma lo strato esterno della gastrula Endoderma: dà origine al primitivo tratto digerente embrionale Mesoderma: riempie parzialmente lo spazio tra ectoderma ed endoderma Da questi tre foglietti si sviluppano tutti i tessuti e gli organi di un animale adulto

Figura 18 La gastrulazione in un embrione di rana; i raggruppamenti di cellule che daranno origine ai tre foglietti della gastrula sono indicati con i rispettivi colori

Tabella 4 Derivazione embrionale dei principali organi e tessuti

11 La gastrulazione dà origine a un embrione formato da tre strati di cellule KEY TERMS Gastrulazione Gastrulation Gastrula Gastrula Foglietto embrionale Embryonic layer Ectoderma Ectoderm Endoderma Endoderm Mesoderma Mesoderm

11 La gastrulazione dà origine a un embrione formato da tre strati di cellule DESCRIVI Quali sono le prime due fasi dello sviluppo embrionale e a quali strutture danno origine?

12 Gli organi cominciano a formarsi dopo la gastrulazione Dopo la formazione di tre foglietti, le cellule di ognuno cominciano a differenziarsi in tessuti e organi embrionali La notocorda: è formata da una sostanza simile a cartilagine, si estende lungo l’embrione fornendo sostegno agli altri tessuti Viene poi sostituita dalla colonna vertebrale Il tubo neurale è un canale rivestito dall’ectoderma che scorre parallelo alla notocorda e da cui derivano Encefalo Midollo spinale

Figura 19 Inizio dello sviluppo dell’embrione di rana: notocorda, pieghe neurali, placca neurale

Figura 20 Formazione del tubo neurale

Figura 20 Formazione del tubo neurale

Figura 20 Formazione del tubo neurale

Figura 20 Formazione del tubo neurale

12 Gli organi cominciano a formarsi dopo la gastrulazione Nelle fasi successive dello sviluppo, l’embrione si allunga e diventano visibili i somiti e il celoma Somiti blocchi di mesoderma che daranno origine a strutture segmentate come le vertebre e i muscoli associati alla colonna vertebrale Celoma cavità che si sviluppa vicino ai somiti

Figura 21 Embrione in cui è completo lo sviluppo del tubo neurale, dei somiti e del celoma

Figura 21 Embrione in cui è completo lo sviluppo del tubo neurale, dei somiti e del celoma

Figura 22 Un girino

Figura 22 Una rana adulta

12 Gli organi cominciano a formarsi dopo la gastrulazione KEY TERMS Notocorda Notochord Placca neurale Neural plate Piega neurale Neural fold Tubo neurale Neural tube Spina bifida Spina bifida Somiti Somites Celoma Coelom

12 Gli organi cominciano a formarsi dopo la gastrulazione RIFLETTI Qual è la base embrionale del tubo neurale comune a tutti i vertebrati?

13 Numerosi processi cellulari contribuiscono allo sviluppo dell’embrione Lo sviluppo di un embrione animale dipende da diversi tipi di processi cellulari Induzione segnali tra cellule vicine e tra strati di cellule differenti “dicono” ai vari gruppi di cellule dell’embrione che cosa fare e quando Migrazione cellulare Morte cellulare programmata o apoptosi: “suicidio” di alcune cellule in modo ordinato e in momenti ben precisi

Figure 23 L’apoptosi in una mano umana in via di sviluppo

Figura 24 Il processo di apoptosi

13 Numerosi processi cellulari contribuiscono allo sviluppo dell’embrione KEY TERMS Induzione Induction Migrazione cellulare Cell migration Apoptosi Apoptosis

13 Numerosi processi cellulari contribuiscono allo sviluppo dell’embrione SPIEGA In che cosa consiste il fenomeno dell’induzione?

14 Gli schemi di organizzazione corporea sono controllati da geni molto antichi Il modello strutturale è lo schema secondo cui sono organizzate tutte le strutture che compongono un organismo In base al modello strutturale gli organi e i tessuti si sviluppano Nella posizione corretta Nel momento corretto

14 Gli schemi di organizzazione corporea sono controllati da geni molto antichi Segnali chimici indicano alla cellula dove si trova nell’embrione rispetto alle altre, stabilendo quali geni devono essere espressi, e quindi quali parti del corpo devono svilupparsi In molti organismi, lo schema di organizzazione corporea è diretto dai geni omeotici Presensentano alcune sequenze (omeobox) condivise anche da organismi evolutivamente molto distanti Lieviti, piante, animali

Gene omeotico: un gene la cui mutazione induce le cellule di una regione del corpo a comportarsi come se fossero localizzate altrove, dando origine alla conversione di una cellula, di un tessuto o di una regione del corpo in un’altra. Omeobox: sequenza conservata di DNA che codifica per un dominio proteico di legame al DNA (omeodominio) in una data classe di fattori di trascrizione codificati da geni specifici.

Figura 25 Sviluppo embrionale di un’ala e assi di posizione

Figura 26 Confronto tra i geni omeotici di un moscerino della frutta e di un topo

15 Negli esseri umani embrione e placenta si formano nel primo mese di gravidanza La fecondazione avviene nell’ovidotto La segmentazione produce la blastocisti, costituita da Una cavità ripiena di liquido Una massa interna di cellule che formeranno l’embrione Uno strato esterno di cellule chiamato trofoblasto Permette alla blastocisti di impiantarsi nell’endometrio Diventerà parte della placenta

Figura 27 Il primo mese dello sviluppo embrionale umano

Figura 27 Il primo mese dello sviluppo embrionale umano

15 Negli esseri umani embrione e placenta si formano nel primo mese di gravidanza Quattro membrane extraembrionali si sviluppano insieme all’embrione e contribuiscono a sostenerlo Amnios Forma una cavità piena di fluido amniotico in cui l’embrione è avvolto e protetto Sacco vitellino Nei mammiferi non contiene il tuorlo come avviene nei rettili e negli uccelli Dà origine alle prime cellule ematiche Dà origine alle prime cellule germinali

15 Negli esseri umani embrione e placenta si formano nel primo mese di gravidanza Allantoide Contribuisce alla formazione del cordone ombelicale Contribuisce alla formazione della vescica urinaria embrionale Negli uccelli e nei rettili si espande intorno all’embrione e ha la funzione di raccogliere i suoi prodotti di rifiuto Corion È la membrana più esterna, avvolge tute le altre Secerne HCG bloccando il ciclo prima delle mestruazioni Contribuisce alla formazione della placenta

Figura 27 Il primo mese dello sviluppo embrionale umano

Figura 27 Il primo mese dello sviluppo embrionale umano

Figura 27 Il primo mese dello sviluppo embrionale umano

15 Negli esseri umani embrione e placenta si formano nel primo mese di gravidanza Placenta È un organo composito, costituito da villi coriali strettamente associati ai vasi sanguigni dell’endometrio materno È in questo tessuto che si verificano gli scambi tra la madre e l’embrione Scambio gassoso: dalla madre all’embrione Scambio di sostanza nutritive: dalla madre all’embrione Scambio di prodotti di rifiuto: dall’embrione alla madre

15 Negli esseri umani embrione e placenta si formano nel primo mese di gravidanza KEY TERMS Gestazione Gestation Concepimento Conception Blastocisti Blastocyst Trofoblasto Trophoblast Placenta Placenta Membrane extraembrionali Extraembryonic membranes

15 Negli esseri umani embrione e placenta si formano nel primo mese di gravidanza KEY TERMS Amnios Amnion Sacco vitellino Yolk sac Allantoide Allantois Corion Chorion Gonadotropina corionica umana (hCG) Human chorionic gonadotropin (hCG) Villi coriali Chorionic villi Cordone ombelicale Umbilical cord

15 Negli esseri umani embrione e placenta si formano nel primo mese di gravidanza SPIEGA Perché l’individuazione dell’ormone hCG nelle urine o nel sangue di una donna è indice di una gravidanza in corso?

16 Nella specie umana la gravidanza viene suddivisa in tre trimestri Primo trimestre È il periodo in cui avvengono i cambiamenti più radicali sia per la madre sia per l’embrione Cinque settimane dopo la fecondazione l’embrione è lungo 7 mm e possiede numerose caratteristiche in comune gli embrioni di molti altri vertebrati A partire dalla nona settimana l’embrione è chiamato feto È lungo circa 5,5 cm e possiede tutti gli organi e le parti principali del corpo Presenta caratteristiche distintamente umane

Fino alla tredicesima settimana di gestazione Figura 28 Cronologia dello sviluppo embrionale e fetale umano.

16 Nella specie umana la gravidanza viene suddivisa in tre trimestri Secondo trimestre Aumentano le dimensioni Perfezionamento generale delle caratteristiche umane Alla ventesima settimana il feto È lungo circa 19 cm Pesa all’incirca 500 g Il suo viso è già molto simile a quello di un neonato

Dalla quattordicesima alla venticinquesima settimana di gestazione Figura 28 Cronologia dello sviluppo embrionale e fetale umano.

16 Nella specie umana la gravidanza viene suddivisa in tre trimestri Terzo trimestre Rapida crescita del feto Il sistema circolatorio e il sistema respiratorio vanno incontro a cambiamenti che gli consentiranno di passare alla respirazione aerea Le sue ossa si irrigidiscono e i muscoli di ispessiscono L’espansione dell’utero comprime e sposta gli organi addominali della madre Alla nascita, il bambino è lungo in media 50 cm e pesa circa 3-4 kg

alla quarantesima settimana di gestazione Dalla ventiseiesima alla quarantesima settimana di gestazione Figura 28 Cronologia dello sviluppo embrionale e fetale umano.

16 Nella specie umana la gravidanza viene suddivisa in tre trimestri DEDUCI Molti farmaci sono pericolosi per il feto soprattutto se assunti all’inizio della gravidanza Per quale motivo?

17 Il parto è indotto da ormoni e avviene in tre fasi La serie di eventi che porta all’espulsione del bambino dall’utero costituisce il travaglio Durante le ultime settimane gli estrogeni raggiungono la massima concentrazione e inducono la formazione di numerosi recettori per l’ossitocina nell’utero L’ossitocina provoca le contrazioni ritmiche e sempre più intense che caratterizzano il travaglio L’induzione del travaglio comprende un sistema di controllo a feedback positivo, in cui un dato cambiamento stimola meccanismi che amplificano quel cambiamento

Figura 29 L’induzione ormonale del travaglio

17 Il parto è indotto da ormoni e avviene in tre fasi I tre stadi del travaglio Dilatazione va dall’inizio del travaglio al momento in cui la cervice ha raggiunto la sua dilatazione massima, circa 10 cm può durare molte ore Espulsione forti contrazioni uterine spingono il bambino fuori dall’utero attraverso la vagina Secondamento è l’espulsione della placenta, che avviene in genere entro 15 minuti dalla nascita del bambino

Figura 30 Le tre fasi del travaglio

Figura 30 Le tre fasi del travaglio

Figura 30 Le tre fasi del travaglio

Figura 30 Le tre fasi del travaglio

17 Il parto è indotto da ormoni e avviene in tre fasi KEY TERMS Travaglio Labor Dilatazione Dilation Espulsione Expulsion Secondamento Delivery of the placenta Colostro Colostrum

17 Il parto è indotto da ormoni e avviene in tre fasi SPIEGA Quali ormoni determinano l’inizio del travaglio?

18 Le tecniche di fecondazione artificiale aumentano le possibilità di procreazione Circa il 15% delle coppie che desiderano avere un figlio non riesce a concepire Terapie farmacologiche per disfunzioni erettili e per indurre l’ovulazione Esistono diverse tecniche in grado di aiutare le coppie con problemi di fertilità ad avere un bambino Procreazione medicalmente assistita (PMA) Fecondazione in vitro (FIVET) Iniezione intracitoplasmatica di sperma (ICSI)

Figura 31 Il processo di fecondazione in vitro

Figura 32 La fecondazione artificiale tramite ICSI

18 Le tecniche di fecondazione artificiale aumentano le possibilità di procreazione Queste tecniche piuttosto comuni e permettono la nascita di migliaia di bambini ogni anno Possono favorire la comparsa di anomalie fetali anche se è raro probabilmente la comparsa di tali anomalie è legata alla cattiva qualità del materiale genetico dei genitori I problemi maggiori sono Costi elevati Questioni etiche

18 Le tecniche di fecondazione artificiale aumentano le possibilità di procreazione KEY TERMS Infertilità Infertility Procreazione medicalmente assistita (PMA) Assisted reproductive technologies Fecondazione in vitro (FIVET) In vitro fertilization (IVF)

18 Le tecniche di fecondazione artificiale aumentano le possibilità di procreazione RICERCA Fai una ricerca per approfondire che cosa dice la legge 40/2004, la prima nel nostro Paese a regolamentare la fecondazione assistita, e come è cambiata alla luce della sentenza della Corte costituzionale dell’aprile 2014