Ζυγωτό

Το γονιδίωμα του ζυγωτού είναι συνδυασμός του DNA σε κάθε γαμέτη, και περιέχει όλες τις γενετικές πληροφορίες που είναι απαραίτητες για το σχηματισμό του νέου ατόμου.

Σε πολυκύτταρους οργανισμούς, το ζυγωτό είναι το πρώτο αναπτυξιακό στάδιο. Στους ανθρώπους και τους περισσότερους λοιπούς ανισογαμικούς οργανισμούς, ο σχηματισμός του ζυγωτού λαμβάνει χώραν αφού ένα σπερματοζωάριο γονιμοποιήσει το ωάριο. Στους μονοκύτταρους οργανισμούς, το ζυγωτό μπορεί να διαιρεθεί ασεξουαλικά με μίτωση για την παραγωγή πανομοιότυπων απογόνων.

Οι Γερμανοί ζωολόγοι Όσκαρ και Ρίχαρντ Χέρτβιχ έκαναν μερικές από τις πρώτες ανακαλύψεις σχετικά με το σχηματισμό ζυγωτών στα ζώα στα τέλη του 19ου αιώνα.

Στους μύκητες, η σεξουαλική ένωση απλοειδών κυττάρων ονομάζεται καρυογαμία. Το αποτέλεσμα της καρυογαμίας είναι ο σχηματισμός ενός διπλοειδούς κυττάρου που ονομάζεται ζυγωτό ή ζυγόσπορος. Αυτό το κύτταρο μπορεί στη συνέχεια να εισέλθει σε φάση μείωσης ή μίτωσης ανάλογα με τον κύκλο ζωής του είδους.

Στα φυτά, το ζυγωτό μπορεί να είναι πολυπλοειδές, εάν η γονιμοποίηση λάβει χώρα μεταξύ γαμετών που υποστεί μείωση του μεγέθους τους από την διαδικασία της μείωσης.

Στα φυτά που ζουν στη στεριά, το ζυγωτό σχηματίζεται μέσα σε ένα θάλαμο που ονομάζεται αρχεγόνιο. Στα φυτά που δεν βγάζουν σπόρους, το αρχεγόνιο έχει συνήθως σχήμα φιάλης. Σε φυτά που δεν βγάζουν σπόρους επίσης έχουν ένα μακρύ κοίλο λαιμό μέσω του οποίου εισέρχεται το σπερματοζωάριο. Καθώς το ζυγωτό διαιρείται και μεγαλώνει, αυτή η διαδικασία γίνεται εντός του αρχηγονίου.

 

Στην ανθρώπινη γονιμοποίηση, ένα απελευθερωμένο ωάριο (ένα απλοειδές δευτερογενές ωοκύτταρο με αντίγραφα χρωμοσωμάτων) και ένα απλοειδές σπερματοζωάριο (δηλαδή ένας αρσενικός γαμέτης) συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα ενιαίο διπλοειδές (2n) κύτταρο που ονομάζεται ζυγωτό. Μόλις το μοναδικό σπερματοζωάριο συγχωνευθεί με το ωοκύτταρο, το τελευταίο ολοκληρώνει τη διαίρεση της δεύτερης μείωσης σχηματίζοντας ένα απλοειδές παράγωγο με μόνον 23 χρωμοσώματα, σχεδόν όλο το κυτταρόπλασμα και τον αρσενικό προπυρήνα. Το άλλο προϊόν της μείωσης είναι το δεύτερο πολικό σώμα, το οποίο περιέχει μόνο τα χρωμοσώματα αλλά δεν έχει καμία ικανότητα αναπαραγωγής και επιβίωσης. Στη γονιμοποιημένη κόρη, στη συνέχεια το DNA αναπαράγεται στους δύο ξεχωριστούς προπυρήνες που προέρχονται από το σπερματοζωάριο και το ωάριο, καθιστώντας προσωρινά τον αριθμό χρωμοσωμάτων του ζυγωτού 4ν διπλοειδές. Αφού μεσολαβήσουν περίπου 30 ώρες από την στιγμή που έλαβε χώρα η γονιμοποίηση, λαμβάνει χώρα η ένωση των προπυρήνων και η άμεση μιτωτική διαίρεση, από την οποία προκύπτουν δύο 2n διπλοειδή παράγωγα κύτταρα, τα βλαστομερή.

Μεταξύ των σταδίων της γονιμοποίησης και της εμφύτευσης, υπάρχει η ανάπτυξη των παραγώγων του ζυγωτού της προεμφύτευσης (preimplantation conceptus). Υπάρχει κάποια διαφωνία σχετικά με το αν αυτά τα παράγωγα δεν πρέπει πλέον να αναφέρεται ως έμβρυο, αλλά ως προέμβρυο, η οποία είναι η ορολογία που παραδοσιακά έχει χρησιμοποιηθεί για να αναφερθεί στη φυτική ζωή. Μερικοί ηθικοί και νομικοί μελετητές θεωρούν ότι είναι λάθος να αποκαλούμε τα παράγωγα του ζυγωτού ως έμβρυο, επειδή αργότερα θα διαφοροποιηθεί τόσο σε ενδοεμβρυονικούς όσο και σε εξωεμβρυονικούς ιστούς, και μπορεί ακόμη και να χωριστεί οδηγώντας στην δημιουργία πολλών εμβρύων (πανομοιότυπα δίδυμα). Άλλοι έχουν επισημάνει ότι οι λεγόμενοι εξωεμβρυονικοί ιστοί είναι πραγματικά μέρος του σώματος του εμβρύου που δεν χρησιμοποιούνται πλέον μετά τη γέννηση (καθώς τα πρώτα δόντια που αναπτύσσονται στο παιδικό σώμα αποβάλλονται κατά την παιδική ηλικία). Περαιτέρω, καθώς το έμβρυο διασπάται για να σχηματίσει πανομοιότυπα δίδυμα-αφήνοντας τους αρχικούς ιστούς άθικτους-δημιουργούνται νέα έμβρυα, σε μια διαδικασία παρόμοια με εκείνη της κλωνοποίησης ενός ενήλικα ανθρώπου. Στις ΗΠΑ, τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας έχουν διαπιστώσει ότι η παραδοσιακή ταξινόμηση του εμβρύου πριν από την εμφύτευση εξακολουθεί να είναι σωστή.

Μετά τη γονιμοποίηση, το παράγωγο του ζυγωτού (conceptus) ταξιδεύει προς τα κάτω ξεκινώντας από τον ωαγωγό με κατεύθυνση προς τη μήτρα ενώ συνεχίζει να διαιρείται μιτωτικά χωρίς να αυξάνεται πραγματικά σε μέγεθος, σε μια διαδικασία που ονομάζεται διάσπαση. Μετά από τέσσερα τμήματα, το παράγωγο του ζυγωτού αποτελείται από 16 βλαστομερή, όρος που είναι διεθνώς γνωστός με την ονομασία μορούλα (morula, λατινογενής όρος). Μέσω των διαδικασιών συμπύκνωσης, κυτταρικής διαίρεσης και βλαστοποίησης, το παράγωγο του ζυγωτού παίρνει τη μορφή του βλαστοκύστη μέχρι την πέμπτη ημέρα της ανάπτυξης του, καθώς προσεγγίζει τον χώρο εμφύτευσης. Όταν η βλαστοκύστη εκκολάπτεται από την διαυγή ζώνη ωοκυττάρου, μπορεί να εμφυτευτεί στην ενδομήτρια επένδυση της μήτρας και να ξεκινήσει το εμβρυϊκό στάδιο ανάπτυξης.

Το ανθρώπινο ζυγωτό έχει τροποποιηθεί γενετικά σε διάφορα πειράματα που σκοπό έχουν να θεραπεύουν κληρονομικές ασθένειες.

Ο σχηματισμός ενός παντοδύναμου (totipotent) ζυγωτού με τη δυνατότητα να παράγει έναν ολόκληρο οργανισμό εξαρτάται από τον επιγενετικό επαναπρογραμματισμό. Η απομεθυλίωση του DNA στο πατρικό γονιδίωμα του ζυγωτού φαίνεται να είναι ένα σημαντικό μέρος του επιγενετικού επαναπρογραμματισμού. Στο πατρικό γονιδίωμα του ποντικού, η απομεθυλίωση του DNA, ιδιαίτερα σε θέσεις μεθυλιωμένων κυτοσινών, είναι πιθανώς μια βασική διαδικασία για την καθιέρωση της παντοδυναμίας. Η απομεθυλίωση περιλαμβάνει τις διαδικασίες της επισκευής εκτομής βάσης και ενδεχομένως άλλους μηχανισμούς που βασίζονται στην επισκευή του DNA.

Το ζυγωτό μιας χλαμυδομονάδας περιλαμβάνει χλωροπλαστικό DNA και από τους δύο γονείς. Αυτά τα κύτταρα είναι γενικά σπάνια, αφού κανονικά το χλωροπλαστικό DNA κληρονομείται από τον ένα γονέα. Αυτά τα σπάνια διγονικά ζυγωτά επέτρεψαν τη χαρτογράφηση χλωροπλαστικών γονιδίων με ανασυνδυασμό.

Στην αμοιβάδα, η αναπαραγωγή γίνεται με την κυτταρική διαίρεση του γονικού κυττάρου: Πρώτα ο πυρήνας του γονέα διαιρείται σε δύο τμήματα και στη συνέχεια η κυτταρική μεμβράνη διασπάται, δημιουργώντας δύο νέες αμοιβάδες.