Die Phasen der Keimesentwicklung

Das Wichtigste in Kürze

Die geschlechtliche Fortpflanzung (auch Reproduktion) von Lebewesen ist an die Weitergabe der elterlichen DNA an die Nachkommen gekoppelt. Dabei sind spezialisierte Keimzellen beteiligt. Die Befruchtung einer Eizelle mit einem Spermium lässt eine einzellige Zygote entstehen. Nach der ersten Mitose entwickelt sich diese in ein 2-Zellstadium von Blastomeren, bei denen die elterliche DNA erstmals in einem Zellkern vereint ist. Nach weiteren Zellteilungen wird das 16-Zellstadium der Morula erreicht, wo sich die Blastomere beginnen zu differenzieren, um sich im weiteren Verlauf als Blastocyste (ab dem 32-Zellstadium) in die Gebärmutter einzunisten.

Eisprung

In jedem Zyklus, welcher durchschnittliche $$28$$ Tage dauert, reifen mehrere Eizellen in den Eierstöcken an. Einmal pro Zyklus wird eine reife Eizelle von einem Eierstock freigesetzt, vom Eileitertrichter aufgefangen und über den röhrenartigen Eileiter zum Uterus hin transportiert.

Weibliche Anatomie

Eine Frau besitzt jeweils rechts und links Eierstock und Eileiter. Die Eileiter sind nicht direkt mit den Eierstöcken, aber dafür mit der Gebärmutter verbunden.

Keimzellen

Sowohl die weibliche, als auch die männliche Keimzelle besitzen beide einen haploiden Chromosomensatz mit je 23 Chromosomen, wovon eines ein Geschlechtschromosom ist. Ein haploider Chromosomensatz ist wichtig, da so bei Verschmelzung der beiden Keimzellkerne der benötigte, diploide Chromosomensatz gebildet werden kann.

​Keimzellstadien, es sind nicht alle Zwischenstadien abgebildet. (1.) 4-Zellstadium (2.) Morula (3.) Embryoblasten (4.) Blastocyste

Spermium

Die männliche Keimzelle besitzt als Geschlechtschromosom entweder ein X- oder Y-Chromosom. Das Spermium lässt sich in drei Teile untergliedern.

• Das Kopfstück enthält die Chromosomen in Form von DNA und das Akrosom
  
• Das Mittelstück (Hals) enthält Mitochondrien und ein Centrosom.
• Das Endstück (Schwanz) bildet die Geißel, sie dient der Fortbewegung.

Eizelle

Die weibliche Keimzelle besitzt als Geschlechtschromosom ausschließlich ein X-Chromosom. Die Chromosomen liegen in Form von DNA gemeinsam mit Mitochondrien und einem Spindelapparat vor. Eine äußere Hülle umgibt die Eizelle als Schutz, sie wird auch Eigallerte oder Zona pellucida bezeichnet.

Befruchtung

Die kürzlich gesprungene Eizelle gelangt als Erstes in den Eileiter. Gelangen Spermien nun über die Vagina in den Uterus und von dort in die Eileiter, kann eine Befruchtung der Eizelle stattfinden.

Das Spermium, welches als Erstes die Eizelle erreicht, setzt aus seinem Akrosom Enzyme an der Zona pellucida frei, um diese Schutzschicht durchdringen zu können. Nach Passieren dieser erfolgt ein Andocken des Spermienkopfes nach dem Schlüssel-Schloss Prinzip mit der Eizellmembran und die DNA und Mitochondrien des Spermiums werden in das Eizelleninnere befördert. Weiterhin erfolgt eine Stofffreisetzung, die verhindert, dass weitere Spermien die Zona pellucida durchdringen und damit die Eizelle erreichen können.

Derweil werden die in die Eizelle gebrachten väterlichen Mitochondrien abgebaut, Nachkommen erhalten immer nur mütterliche Mitochondrien.

Entstehung des väterlichen Vorkerns

Die in die Eizelle freigesetzte haploide DNA des Spermiums wird mit einer Kernhülle versehen, die vom endoplasmatischen Retikulum der Eizelle gebildet wird. Innerhalb der Kernhülle kann die DNA dann zu einem diploiden Chromosomensatz repliziert werden.

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Entstehung des mütterlichen Vorkerns

Beim Heranreifen der Eizellen im Eierstock wird die Reifeteilung in der Metaphase II der Meiose pausiert. Erst ein eindringendes Spermium initiiert die Fortsetzung und Beendigung der zweiten Reifeteilung. Die Chromosomen werden dann in eine neue Kernhülle verpackt und zu einem diploiden Chromosomensatz repliziert.

Die Entwicklung der Keimzellen

Zygote​​

Nach Eindringen des Spermiums in die Eizelle erfolgt die Bildung der elterlichen Vorkerne, das Auflösen der väterlichen Mitochondrien und der Aufbau der Teilungsspindel. Wenn sich die beiden Vorkernhüllen dann auflösen und die Chromosomen sich im Spindelapparat anordnen, ist die Entstehung der Zygote abgeschlossen.

Blastomere

Die befruchtete Eizelle wandert, während sie sich entwickelt, entlang der Eileiter in Richtung Gebärmutter. Durch Mitose (Zellteilung) entstehen aus der einzelligen Zygote zwei Zellen, die Blastomere genannt werden. Durch wiederholte Mitosen werden aus beiden Blastomeren erst vier, dann acht und dann $$16$$​ Blastomere. Diese teilen sich das Zellplasma der ursprünglichen Eizelle und werden deshalb immer kleiner. Sie befinden sich allesamt noch innerhalb der Zona pellucida.

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Morula

Das 16-Zellstadium wird als Morula (lateinisch für Maulbeere) bezeichnet, wegen des maulbeerartigen Aussehens. Die Morula ist in der Gebärmutter angelangt und die Blastomere beginnen sich in verschiedene Zellentypen zu differenzieren. Auch werden nun Wasser und Ionen aus der Gebärmutterschleimhaut aufgenommen. Die schützende Zona pellucida umhüllt immer noch die Keimzellen.

Blastocysten

Nach einer weiteren Mitose wird aus der 16-zelligen Morula eine 32-zellige Blastocyste, in welcher sich außerdem eine flüssigkeitsgefüllte Höhle entwickelt hat, die die Zellen in eine innere und äußere Zellschicht teilen.

• Die inneren Zellen differenzieren sich zu Embryoblasten, aus denen später der Embryo hervorgeht.
• Die äußere Zellschicht differenziert sich zu Trophoblasten, die sich in die Gebärmutterschleimhaut einbauen und die Embryoblasten versorgen.

Die Blastocyste wächst durch Mitosen stetig weiter.

Einnistung

Hatching​

Durch weitere Mitosen sammeln sich schnell viele Zellen an, gegen welche die Zona pellucida nicht mehr standhalten kann und zerreißt. Dieses Sprengen der Eigallerte durch Wachstum und Vermehrung von Zellen, heißt auch Hatching (englisch für Schlüpfen). Das Hatching wird durch die Zona pellucida auflösende Enzyme der Trophoblasten unterstützt.

Trophoblasten

Die äußere Zellschicht der Trophoblasten hat direkten Kontakt mit der Gebärmutterschleimhaut und wächst in diese hinein. Diese einwachsenden Anteile heißen auch Chorionzotten. Nachdem der Embryo komplett in der Gebärmutterschleimhaut eingenistet ist, entwickelt sich aus den Trophoblasten die Plazenta.

Plazenta

Die Verbindung des Embryos mit der Mutter erfolgt über die Plazenta. Die Plazenta bildet das Schwangerschaftshormon humanes Choriongonadotropin (hCG), was dem Körper der Mutter eine Schwangerschaft signalisiert. Weiterhin erfolgt auch die Versorgung des Embryos mit Flüssigkeit und Nährstoffen über sie.