Findest Du es nicht auch immer wieder aufs Neue faszinierend, wie aus einer Eizelle und einem Samen ein Mensch im Bauch einer Frau heranwachsen kann? Dieser Prozess gehört wohl zu den größten Wundern der Natur. Diese beeindruckenden Vorgänge erforschen Wissenschaftler*innen im Rahmen der Entwicklungsbiologie. Dabei wird die Ontogenese (= Entwicklung) von Organismen vom Stadium der Zygote (= befruchtete Eizelle), bis hin zum erwachsenen Lebewesen untersucht.
Dieser Artikel ist dazu da, Dir einen Überblick zu diesem Teilbereich des Fachs Biologie zu geben. Für einen umfassenden Einblick in die Entwicklungsbiologie, lies Dir am besten im Anschluss noch die weiterführenden Artikel auf StudySmarter durch.
Ontogenese einfach erklärt: Entwicklungsbiologie Definition
Im Rahmen der Entwicklungsbiologie wird die Ontogenese (= Entwicklung) eines Organismus bereits ab dem Stadium der befruchteten Eizelle, bis hin zum komplexen Individuum hin erforscht, analysiert und dokumentiert.
Die biologische Entwicklung der Gesamtheit aller Organismen sowie auch die Entwicklung bestimmter Verwandtschaftsgruppen innerhalb des biologischen Stammbaums bezeichnet man als Phylogenese. Der Begriff beschreibt somit den Gegenpol der Ontogenese, die die Entwicklung von einzelnen Individuen einer Art beschreibt und auch als Individualentwicklung bezeichnet werden kann.
Forscher*innen der Entwicklungsbiologie befassen sich mit der Ontogenese vielzelliger Organismen auf verschiedenen Ebenen. Sie erforschen nicht nur die Entstehung und Ausdifferenzierung der Zellen, sondern auch sämtliche genetische und molekularbiologischen Abläufe im Rahmen der Entwicklung von vielzelligen Organismen.
Der Bauplan für die Entstehung des späteren Individuums liegt in den Entwicklungsgenen. Diese Gene spielen insbesondere bei der Ausbildung der Organe eine essenzielle Rolle und sind beim Menschen unter anderem auf dem 12. Chromosom zu finden.
Entwicklungsbiologie und Evolution
Die Entwicklungsbiologie befasst sich mit der Entstehung von Lebewesen ab dem Zellstadium der Zygote. Betrachtet man diese Prozesse im großen Ganzen, spricht man von evolutionärer Entwicklungsbiologie. Dabei wird der Einfluss der Individualentwicklung auf die Evolution von Organismen genauer betrachtet und in Relation gesetzt.
Vielleicht hast Du schon mal von Charles Darwins berühmter Evolutionstheorie gehört, die sich mit der Anpassung von Lebewesen an einen entsprechenden Lebensraum befasst. Darwin stellte fest, dass diejenigen Individuen sich innerhalb einer Population durchsetzten, die am besten an ihre Umwelt angepasst waren. Er bezeichnete das mit dem Satz: “survival of the fittest”, also die Lebewesen, die am besten angepasst sind, überleben.
Bereits im 19. Jahrhundert war es für Charles Darwin klar, dass die Entwicklungsprozesse auf embryonaler Ebene eine wichtige Rolle für die Evolution spielen. Weil die Methoden zur genaueren Untersuchung von Vererbungsprozessen zu Darwins Lebzeiten allerdings noch nicht ausgereift waren, richtete er den Fokus seiner Arbeit, insbesondere auf spezifische Evolutionsfaktoren, wie die natürliche Selektion.
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Entwicklungsbiologie – Fortpflanzung
Die Fortpflanzung von Lebewesen dient der Arterhaltung und findet meistens zwischen Organismen statt, die genetisch weitestgehend identisch sind. Generell wird zwischen der geschlechtlichen und der ungeschlechtlichen Fortpflanzung unterschieden.
Bei der sexuellen (geschlechtlichen) Fortpflanzung im Rahmen der Entwicklungsbiologie, entwickelt sich die befruchtete Eizelle aus den beiden Geschlechtszellen, die durch Meiose entstanden sind. Diese Art der Fortpflanzung trifft auch auf uns Menschen zu, genauer gesagt die zweigeschlechtliche Fortpflanzung, da sich das Erbmaterial von zwei Individuen verschiedener Geschlechter miteinander kombiniert wird.
Die ungeschlechtliche asexuelle (ungeschlechtliche) Fortpflanzung kommt bei einigen Tieren und bei Pflanzen vor, wobei es nicht zu einer Rekombination kommt und die Nachkommen genetisch identisch sind. Dies ist sowohl ein Vorteil als auch ein Nachteil, denn durch die fehlende Rekombination bleiben zwar vorteilhafte Genkombinationen erhalten, es wird aber auch verhindert, dass neue vorteilhafte Kombinationen entstehen können.
Wenn sich die Art der Fortpflanzung, also geschlechtliche und ungeschlechtliche Fortpflanzung von Generation zu Generation abwechselt, bezeichnet man dies als Generationswechsel.
Embryonalentwicklung
Man kann diesen Zeitraum in der Entwicklungsbiologie auch als Embryonalperiode bezeichnen, die sowohl bei Säugetieren, als auch beim Menschen relativ ähnlich abläuft. Die menschliche Entwicklung des Embryos von der Zygote bis zur Blastozyste erfolgt in einem Zeitraum von ca. 16 Tagen. Bereits nach 5–6 Tagen erfolgt die Einnistung des Zygote in die Gebärmutterschleimhaut. Das Embryonalstadium beginnt dann, wenn sich die Chorionzotten ausbilden und eine Verbindung zum Blutkreislauf der Mutter hergestellt wird.
Nachdem sich die befruchtete Eizelle in der Gebärmutter in Zellen aufgespalten hat, haften diese Zellen an die Gebärmutterwand an und es bildet sich das sogenannte Chorion frondosum, welches im Laufe der Zeit zur Plazenta, dem Mutterkuchen, ausreift. Das Chorion bildet die aus Zellen bestehenden fingerartigen Zotten aus, welche als Chorionzotten bezeichnet werden. Diese enthalten bereits die Erbinformationen des Kindes, weshalb eine Chorionzottenbiopsie Informationen über mögliche Veränderungen im Erbgut des Kindes geben kann.
Fetogenese
Nach ca. 10 Wochen ist die Embryonalentwicklung beim Menschen beendet und es folgt die Fetogenese. Diese Phase ist insbesondere durch schnelles Körperwachstum gekennzeichnet, denn währenddessen entwickeln sich die Organe und das Gewebe des Kindes.
Ab der 10. Woche spricht man von Fetalperiode, weil der Embryo ab der 8. Woche bereits als Fetus bezeichnet werden kann. Bereits ab der 28. Woche ist der Fetus dann lebensfähig und mit voll funktionsfähigen Lungen ausgestattet, sodass er theoretisch schon als Frühgeburt überleben könnte. Ab der 33. Woche, also dem 9. Monat bereitet sich der Fetus langsam auf die Geburt vor, indem er tiefer in das mütterliche Becken absinkt.
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Künstliche Befruchtung
Wenn eine natürliche Schwangerschaft nicht möglich ist, kann auf die künstliche Befruchtung zurückgegriffen werden. Bei einer künstlichen Befruchtung wird bei der sogenannten Intrauterinen Insemination zum Zeitpunkt des Eisprungs bei der Frau, die Spermienflüssigkeit des Mannes mit einem Katheter in die Eileiter oder die Gebärmutter eingebracht.
Eine weitere Möglichkeit der künstlichen Befruchtung ist die In-vitro-Fertilisation, bei der die Befruchtung außerhalb des Körpers stattfindet. Durch Hormone wird bei der Frau eine Eizellenreifung ausgelöst und die reifen Zellen anschließend entnommen. Durch das Zusammenbringen von Eizellen und Spermien (im Reagenzglas), kann dort schließlich spontan eine Befruchtung stattfinden.
Entwicklungsbiologie – Stammzellen
Stammzellen sind sozusagen variable Zellen. Sie können sich in ihrer Funktionsweise an das jeweilige Organ bzw. Gewebe anpassen, sich also als verschiedene Zelltypen ausdifferenzieren.
Grundsätzlich können sich Stammzellen unendlich oft teilen, da sie sich über die Mitose vermehren. Die Lebensdauer aller Körperzellen ist nur begrenzt und es müssen kontinuierlich neue Zellen gebildet werden, daher fungieren die Stammzellen als eine Art Vorläuferzellen. Das bedeutet, dass sie sich in den entsprechenden Organen befinden und dort zu einem bestimmten Zelltyp heranwachsen (zum Beispiel zur Muskel- oder Nervenzelle). Im Knochenmark werden permanent neue Blutzellen produziert, weshalb dort auch besonders viele Stammzellen zu finden sind.
Die Forschung und insbesondere die Entwicklungsbiologie arbeitet mit hoher Intensität daran, festzustellen, welche Faktoren für diese Ausdifferenzierung der Stammzellen in verschiedene Zelltypen verantwortlich sind. Wenn Dich das Thema noch intensiver interessiert, schau Dir einfach den weiterführenden Artikel dazu an!
Entwicklungsbiologie – Das Wichtigste
- Im Rahmen der Entwicklungsbiologie wird die Entwicklung eines Organismus bereits ab dem Stadium der befruchteten Eizelle, bis hin zum komplexen Individuum hin erforscht.
- Die Fortpflanzung von Lebewesen dient der Arterhaltung und findet meist zwischen Organismen statt, die genetisch weitgehend identisch sind.
- Unter dem Begriff Embryonalentwicklung versteht man die Phase der Keimentwicklung, bei der es nach der Befruchtung der Eizelle zur Furchung, Blastulation und Gastrulation bis hin zur Organogenese beim Embryo kommt.
- Nach ca. zehn Wochen ist die Embryonalentwicklung beim Menschen beendet und es folgt die Fetogenese. Diese Phase ist vorwiegend durch schnelles Körperwachstum gekennzeichnet.
- Bei der Intrauterinen Insemination (künstlichen Befruchtung) wird zum Zeitpunkt des Eisprungs bei der Frau durch einen medizinischen Eingriff die Spermienflüssigkeit des Mannes mit einem Katheter in die Eileiter oder die Gebärmutter eingebracht.
- Stammzellen können sich in ihrer Funktionsweise an das jeweilige Organ bzw. Gewebe anpassen, sich also als verschiedene Zelltypen ausdifferenzieren.
Nachweise
- flexikon.doccheck.com: Entwicklungsbiologie. (30.06.2022)
- biologie-seite.de: Evolutionäre Entwicklungsbiologie. (30.06.2022)
- simplyscience.ch: Chromosom 12: Gene steuern unsere Entwicklung. (30.06.2022)
- apotheken-umschau.de: Chorionzottenbiopsie (Entnahme von Mutterkuchengewebe). (30.06.2022)
- biologie-seite.de: Fetogenese. (30.06.2022)
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