εμβρυολογία

Επιστήμη που μελετά την ανάπτυξη των οργανισμών, από τις πρώτες διαιρέσεις του ζυγωτού έως την ολοκλήρωση του σχηματισμού των οργάνων του ατόμου. Οι μέθοδοι που ακολουθεί είναι περιγραφικές (ε. των φυτών· ε. των ζώων· ε. του ανθρώπου), συγκριτικές (συγκριτική ε.), πειραματικές (πειραματική ε.) και χημικές (χημική ε.). Η σύγχρονη ε. έχει ως αφετηρία τις μελέτες του Γερμανού βιολόγου Κάσπαρ Φρίντριχ Βολφ, ο οποίος παρατήρησε ότι σε πολλά ζωικά είδη, στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης του εμβρύου, σχηματίζονται κυτταρικές στιβάδες, από τις οποίες προέρχονται στη συνέχεια τα διάφορα όργανα του ατόμου. Ο Βολφ οδηγήθηκε από τις μελέτες του στο συμπέρασμα ότι τα διάφορα μέρη του σώματος σχηματίζονται προοδευτικά στο έμβρυο (επιγένεση), μέσω μορφοποίησης απλών υλικών που βρίσκονται μέσα στο αβγό, σε αντίθεση με τη θεωρία του προσχηματισμού, κατά την οποία ολόκληρο το άτομο βρισκόταν προσχηματισμένο, σε πολύ μικρές αναλογίες, μέσα στο ωάριο ή στο σπέρμα. Τις έρευνες του Βολφ συνέχισε ο φυσιολόγος Καρλ Ερνστ φον Μπερ (1792-1876), ο οποίος επιβεβαίωσε την αναλογία της εμβρυϊκής ανάπτυξης πολλών ζωικών ειδών. Στην παρατήρηση αυτή βασίστηκε ο Γερμανός ζωολόγος Ερνστ Χάινριχ Χέκελ (1834-1919) για τη διατύπωση του βασιλικού βιογενετικού νόμου: η εμβρυολογική ανάπτυξη ενός ατόμου επαναλαμβάνει την εξέλιξη του είδους στο οποίο ανήκει. Ο Χέκελ ήταν έμμεσα μαθητής του Δαρβίνου. Στη θεωρία του αυτή, κατά την οποία οι εμβρυολογικές έρευνες και οι εξελικτικές θεωρίες επηρεάζονται αμοιβαία, εναντιώθηκε, μεταξύ άλλων, και ο ίδιος ο Μπερ. Στο μεταξύ, κατά το πρώτο μισό του 19ου αι. οι έρευνες εστιάστηκαν στα πρώτα στάδια της διαίρεσης του γονιμοποιημένου ωαρίου και στους νόμους της διαφοροποίησης διαφόρων μερών του εμβρύου. Στις έρευνες αυτές, η πειραματική μέθοδος που εισηγήθηκε ο Γερμανός φυσιολόγος Βίλχελμ Ρου (1850-1924) περιλάμβανε τη θανάτωση του ενός βλαστομεριδίου στο στάδιο των δύο κυττάρων εμβρύων αμφιβίων, το οποίο όμως παρέμενε ενωμένο με το ζωντανό, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται μισό βλαστίδιο, μισό γαστρίδιο και μισό νευρίδιο. Ο Ρου, επομένως, υποστήριξε ότι τα διάφορα μέρη του εμβρύου προέρχονται από προκαθορισμένα τμήματα του ωαρίου, το οποίο φανταζόταν ως ένα μωσαϊκό περιοχών, καθεμία από τις οποίες είχε, κατά την άποψή του, ειδική δυναμικότητα. Ο Ρου στήριξε τη θεωρία του στις ιδέες του Γερμανού ζωολόγου Άουγκουστ Βάισμαν (1834-1915), σύμφωνα με τις οποίες τα διάφορα κύτταρα του αναπτυσσόμενου εμβρύου περικλείουν μέσα τους μόνο εκείνα τα στοιχεία που είναι ικανά να κατευθύνουν τη διαφοροποίησή τους προς συγκεκριμένο κυτταρικό τύπο. Αντίθετα, άλλοι μελετητές, μεταξύ αυτών και ο Χανς Ντρις (1867-1941), υποστήριξαν ότι ολόκληρο το έμβρυο μπορεί να αναπτυχθεί από οποιοδήποτε μέρος του ωαρίου και ότι το μέλλον των κυττάρων που προέρχονται από τις πρώτες διαιρέσεις του ωαρίου εξαρτάται από τη θέση που κατέχουν μεταξύ τους. Στις έρευνες που ακολούθησαν υπό την επήρεια της μίας ή της άλλης θεωρίας οφείλεται η αναγνώριση ότι ορισμένα μέρη του εμβρύου είναι προικισμένα με την ικανότητα να επηρεάζουν την παραπέρα εξέλιξη του ίδιου του εμβρύου. Τις περιοχές αυτές, οι οποίες ονομάστηκαν οργανωτές, εντόπισε για πρώτη φορά ο Χανς Σπέμαν (1869-1941). Οι έρευνες και οι ανακαλύψεις της πειραματικής ε. προχώρησαν παράλληλα με την ανάπτυξη της τεχνολογίας: τα πρώτα πειράματα, κατά τα οποία το ωάριο τεμαχιζόταν με μία τρίχα ή τραυματιζόταν με καυτήριο, ακολούθησε η ανακάλυψη και χρήση πολύπλοκων οργάνων, που επιτρέπουν τον τεμαχισμό των κυττάρων, την αφαίρεση συστατικών τους ή την εισαγωγή ετερογενών ουσιών στο κυτταρόπλασμά τους. Οι τεχνικές αυτές, που γίνονται κάτω από μικροσκοπικό έλεγχο με νυστέρια, καθετήρες, μικρομετρικά σιφώνια που τα χειρίζονται με ειδικά όργανα, έφτασαν σε τέτοιο βαθμό εξειδίκευσης ώστε να αποτελέσουν ιδιαίτερο επιστημονικό κλάδο, τη μικροχειρουργική. Αργότερα χρησιμοποιήθηκαν βιοχημικές μέθοδοι στην εμβρυολογική έρευνα, αναγνωρίστηκαν χημικές ουσίες ικανές να κατευθύνουν την κυτταρική διαφοροποίηση και αποκαλύφθηκαν σχέσεις μεταξύ του μεταβολισμού των συστατικών των κυττάρων και της μορφογένεσης των ίδιων των κυττάρων. Στο σύγχρονο πεδίο έρευνας περιλαμβάνονται, εκτός όσων αναφέρθηκαν, και τα προβλήματα που σχετίζονται με τη μεταβίβαση των κληρονομούμενων χαρακτήρων, δηλαδή των τρόπων με τους οποίους τα χρωμοσώματα κατευθύνουν και ρυθμίζουν την ανάπτυξη του ατόμου· προς αυτή την κατεύθυνση οι μελετητές της γενετικής και της ε. βρίσκονται σε στενή επαφή. συγκριτική ε. Είναι χαρακτηριστικό ότι μεταξύ των πρώτων διαιρέσεων του γονιμοποιημένου ωαρίου δεν παρεμβάλλονται περίοδοι αύξησης των κυττάρων. Έτσι, ο όγκος των κυττάρων μειώνεται προοδευτικά, ώσπου να φτάσει τον χαρακτηριστικό όγκο του είδους τους. Η διαδικασία αυτή αποκαλείται αυλάκωση. Το ωάριο, αφού διαιρείται, παίρνει πρώτα το σχήμα μιας συμπαγούς σφαίρας που ονομάζεται μορίδιο, και μετά μιας κοίλης σφαίρας που ονομάζεται βλαστίδιο. Ο τύπος της αυλάκωσης ποικίλλει, ανάλογα με το εάν πρόκειται για τελολέκιθα, κεντρολέκιθα, ισολεκιθικά ή ετερολεκιθικά ωάρια. Το στάδιο του βλαστιδίου ακολουθείται από εκείνο του γαστριδίου, κατά το οποίο τα κύτταρα τοποθετούνται σε στιβάδες, σχηματίζοντας έτσι τα βλαστικά δέρματα (εξώδερμα, ενδόδερμα και μεσόδερμα). Ο σχηματισμός του γαστριδίου γίνεται με πολλούς τρόπους στις διάφορες τάξεις των ζώων, αλλά σε όλες τις περιπτώσεις σχηματίζεται μια εγκόλπωση στην επιφάνεια του βλαστιδίου, η οποία υποδηλώνει την απαρχή του πεπτικού σωλήνα (αρχέντερο). Στο επόμενο στάδιο, το στάδιο του νευριδίου, παρατηρείται πάχυνση των κυτταρικών στιβάδων στη ραχιαία πλευρά του εμβρύου και σχηματισμός πλευρικών πτυχών, των οποίων η συγχώνευση σχηματίζει την καταβολή του νευρικού συστήματος, τον αποκαλούμενο μυελικό σωλήνα. Σε πολλά είδη η ανάπτυξη του εμβρύου γίνεται από μια μικρή περιοχή του βλαστιδίου, που αποκαλείται εμβρυϊκός κόμβος. Από τα βλαστικά δέρματα, ύστερα από διαδικασίες πολλαπλασιασμού των κυττάρων, καθώς και με πραγματικά ενεργητικές κινήσεις τους, σχηματίζονται οι διάφοροι ιστοί και τα όργανα του αναπτυσσόμενου οργανισμού (ιστογένεση, οργανογένεση και συστήματα του εμβρύου)· τις διαδικασίες διαφοροποίησης των οργάνων ακολουθούν εκείνες της αύξησης, έως την ανάπτυξη του πλήρους ατόμου. ε. του ανθρώπου. Το ανθρώπινο ωάριο, ισολεκιθικού τύπου, διαιρείται στην ολότητά του· οι αυλακώσεις αυτές διαρκούν περίπου έξι ημέρες, κατά τη διάρκεια των οποίων το γονιμοποιημένο ωάριο κατεβαίνει στην κοιλότητα της μήτρας, όπου και εμφυτεύεται. Στο τέλος του σταδίου των αυλακώσεων διακρίνεται μία μεγάλη κοιλότητα, η βλαστοκύστη, και μία μάζα κυττάρων προσκολλημένη σε ένα σημείο του τοιχώματός της, η εσωτερική μάζα κυττάρων· σε έναν δεύτερο χρόνο, στην εσωτερική μάζα κυττάρων σχηματίζονται τα βλαστικά δέρματα, που βρίσκονται μεταξύ δύο κοιλοτήτων που σχηματίζονται συγχρόνως, του λεκιθικού σάκου και της αμνιακής κοιλότητας. Συνεχίζοντας την ανάπτυξη, η αμνιακή κοιλότητα τείνει να περιλάβει το άθροισμα των κυττάρων, στο οποίο διαφοροποιήθηκαν τα βλαστικά δέρματα. Στο εσωτερικό της μάζας των κυττάρων σχηματίζεται μια τρίτη κοιλότητα, που ονομάζεται κοίλωμα, από την οποία προέρχονται οι ορογενικές κοιλότητες του οργανισμού (υπεζωκοτική, περιτοναϊκή, περικαρδιακή). Έπειτα από περίπου τρεις εβδομάδες από τη γονιμοποίηση, αρχίζει η κυρίως εμβρυϊκή περίοδος, κατά την οποία διαφοροποιείται, στην καταβολή που περιγράψαμε παραπάνω, το σώμα του εμβρύου, ενώ στο εσωτερικό του αρχίζουν να σχηματίζονται τα διάφορα όργανα. Από το εξώδερμα προέρχονται το κεντρικό και περιφερικό νευρικό σύστημα, τα αισθητήρια όργανα, το δέρμα και τα εξαρτήματά του· από το ενδόδερμα σχηματίζεται το πεπτικό σύστημα, το συκώτι, το πάγκρεας και οι πνεύμονες· από το μεσόδερμα και από μια παραπέρα διαφοροποίησή του, το μεσέγχυμα, προέρχονται ο νεφρικός ιστός, οι κοιλότητες, τα οστά και οι χόνδροι, οι μύες, τα αιμοφόρα αγγεία, τα αιμοποιητικά όργανα, ο συνδετικός ιστός και οι γεννητικοί αδένες. Ο σχηματισμός των διαφόρων οργάνων μπορεί να θεωρηθεί ολοκληρωμένος στο τέλος της 6ης-8ης εβδομάδας της ενδομήτριας ζωής, κατά την οποία το έμβρυο αναγνωρίζεται ως ανθρώπινο. Στη συνέχεια, έως τη γέννηση (τρίτη περίοδος της ανάπτυξης του εμβρύου), κυριαρχούν τα φαινόμενα της αύξησης. Ωστόσο, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ότι η διαίρεση αυτή είναι μάλλον τεχνητή γιατί, για παράδειγμα, ορισμένα όργανα συνεχίζουν να τελειοποιούνται κατά την εξωμήτρια ζωή, ενώ άλλα συμπληρώνουν την εξέλιξή τους κατά την εμβρυϊκή περίοδο. 1. Τα πρώτα στάδια διαίρεσης ενός ολιγολεκιθικού ωαρίου: όλα τα βλαστομερίδια πολλαπλασιάζονται στον ίδιο βαθμό. 2. Τα πρώτα στάδια της διαίρεσης τελολεκιθικού ωαρίου: πολλαπλασιάζονται περισσότερο τα βλαστομερίδια του ζωικού πόλου, ο οποίος στερείται λεκίθου. 3. Τυπικό βλαστίδιο με βλαστοκύστη: στο τελευταίο σχήμα απεικονίζονται οι σχέσεις του βλαστιδίου με τη λέκιθο. 4. Σχηματισμός του γαστριδίου, της αρχέγονης κοιλότητας του αρχεντέρου, του εξωδέρματος και του ενδοδέρματος. H περιγραφική εμβρυολογία εμφανίστηκε από την κλασική αρχαιότητα, ενώ η συγκριτική και η πειραματική εμβρυολογία κατά τον 19ο αι. Στη φωτογραφία, έμβρυο κότας, μεγεθυμένο δέκα φορές, τέσσερις ημέρες μετά τη γονιμοποίησή του (φωτ. Philippe Sengel Lod). Το Ευρωπαϊκό Γραφείο Ευρεσιτεχνίας στο Μόναχο εξέδωσε άδεια για την κλωνοποίηση ανθρώπινων κυττάρων και εμβρύων στο εργαστήριο του πανεπιστημίου του Εδιμβούργου, ένα θέμα που έχει εγείρει μεγάλες συζητήσεις (φωτ. ΑΠΕ).

* * *

η

η επιστήμη που εξετάζει τα διάφορα στάδια από τα οποία περνά το γονιμοποιημένο ωάριο ώς τη στιγμή που θα πάρει την οριστική του μορφή.