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Entwicklungsbiologie

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Entwicklungsbiologie

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.

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.

Wenn Du noch tiefer in Darwins Evolutionstheorie einsteigen möchtest, dann schau doch bei dem passenden Artikel dazu rein!

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

Unter dem Begriff Embryonalentwicklung (= Embryogenese) versteht man die Phase der Keimentwicklung, bei der es nach der Befruchtung der Eizelle zur Furchung, Blastulation, Gastrulation (= Einstülpung) bis hin zur Organogenese (= Organbildung) bei einem Embryo kommt.

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.

Du willst noch mehr zur Fetogenese erfahren? Dann schau einfach bei dem entsprechenden Artikel auf StudySmarter vorbei!

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.

Auch das Klonen ist eine Methode der künstlichen Befruchtung innerhalb der Entwicklungsbiologie, die allerdings bisher nur bei Tieren (= reproduktives Klonen), bei Pflanzen und zum Beispiel bei der Reproduktion von Stammzellen (= therapeutisches Klonen) angewendet wurde.

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

  1. flexikon.doccheck.com: Entwicklungsbiologie. (30.06.2022)
  2. biologie-seite.de: Evolutionäre Entwicklungsbiologie. (30.06.2022)
  3. simplyscience.ch: Chromosom 12: Gene steuern unsere Entwicklung. (30.06.2022)
  4. apotheken-umschau.de: Chorionzottenbiopsie (Entnahme von Mutterkuchengewebe). (30.06.2022)
  5. biologie-seite.de: Fetogenese. (30.06.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Entwicklungsbiologie

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.

Die biologische Entwicklung der Gesamtheit aller Organismen sowie auch die Entwicklung bestimmter Verwandtschaftsgruppen innerhalb des biologischen Stammbaums bezeichnet man als Phylogenese.

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.

Organismen entwickeln sich in Folge der Fortpflanzung von zwei Individuen (derselben Art). Menschen durchlaufen in ihrer Entwicklung zunächst das Zellstadium der befruchteten Eizelle, dann die Embryonalperiode und im letzten Schritt die Fetogenese an deren Ende die Geburt des voll lebensfähigen Menschen steht.

Finales Entwicklungsbiologie Quiz

Frage

Was versteht man unter einer künstlichen Befruchtung?

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Antwort

Unter einer künstlichen Befruchtung versteht man einen medizinischen Eingriff, bei dem eine Schwangerschaft ohne Geschlechtsverkehr herbeigeführt werden kann. Es handelt sich hierbei um eine assistierte Reproduktionstechnik (ART).

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Frage

Was versteht man unter Follikelpunktion?

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Antwort

Unter Follikelpunktion versteht man die vorsichtige Entnahme von Flüssigkeit und Eizelle aus den Eibläschen, bevor der eigentliche Eisprung stattgefunden hat.

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Frage

Was ist der Unterschied zwischen der Insemination und der In-Vitro-Fertilisation?

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Antwort

Der wesentliche Unterschied liegt darin, dass bei der Insemination die Befruchtung auf natürlichem Weg passiert. Bei der In-Vitro-Fertilisation findet diese im Labor statt und nicht im Körper der Frau, weshalb erst Eizellen entnommen werden müssen.

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Frage

Was ist der Unterschied zwischen intrazytoplasmatische Spermieninjektion und In-Vitro-Fertilisation?

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Antwort

Bei der intrazytoplasmatische Spermieninjektion wird das Spermium direkt in das innere der Eizelle injiziert. Bei der In-Vitro-Fertilisation werden Samen und Eizelle lediglich zusammengeführt.

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Frage

Wie hoch sind die Chancen bei einer künstlichen Befruchtung?

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Antwort

Die Erfolgschancen einer künstlichen Befruchtung sind je nach angewendeter Methode unterschiedlich. Bei einer In-Vitro-Befruchtung werden die Erfolgschancen etwa auf 15–20 % geschätzt. Die Erfolgschancen einer Insemination liegen hingegen bei ca. 10 %.

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Frage

Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit auf Mehrlinge bei der künstlichen Befruchtung?

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Antwort

15 %

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Frage

Wie viel kostet eine künstliche Befruchtung?

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Antwort

Die Kosten einer künstlichen Befruchtung hängen von der angewendeten Methode und der Häufigkeit der Anwendung ab. Unter gewissen Voraussetzungen übernimmt die Krankenkasse jedoch die Kosten der künstlichen Befruchtung.

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Frage

Welche Methoden können bei der assistierten Reproduktionsart angewendet werden?

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Antwort

  1. Insemination (intrauterine Insemination, IUI)
  2. In-Vitro-Fertilisation (IVF)
  3. Intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI)
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Frage

Wie können Samen für eine künstliche Befruchtung aufgetrieben werden?

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Mastrubation
  2. TESE (testikuläre Spermienextraktion) 
  3.  MESA (mikrochirugische epididymale Spermienaspiration) 
  4. Spendersamen aus Samenbanken
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Frage

Warum erhöht sich mit der künstlichen Befruchtung die Wahrscheinlichkeit auf Mehrlingsschwangerschaften?

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Antwort

Da bei den meisten Arten der künstlichen Befruchtung gleich mehrere befruchtete Eizellen übertragen werden, erhöht dies die Wahrscheinlichkeit einer Mehrlingsschwangerschaft.

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Frage

Welche Voruntersuchungen muss ein Paar durchlaufen, um zu einer künstlichen Befruchtung zugelassen zu werden?

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Antwort

Ein Paar muss die folgenden Untersuchungen hinter sich bringen:

  1. Zum einen findet eine medizinische Indikation statt, die herausfindet, ob eine ärztliche Behandlung überhaupt nötig ist.
  2. Außerdem wird eine Pflichtberatung durchgeführt, bei der über die assistierte Reproduktionstechnik aufgeklärt wird. 
  3. Zudem ist ein HIV-Test verpflichten, sowie eine Röteln- und Windpockenimpfung. 
  4. Des Weiteren werden Tests auf Toxoplasmose und Chlamydien, sowie Hepatitis empfohlen. 
Frage anzeigen

Frage

Welches Gesetz schränkt die künstliche Befruchtung in Deutschland ein?

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Antwort

In Deutschland gibt es das Embryonenschutzgesetz, was eine Einschränkung für die ärztliche Behandlung darstellt. Das Gesetz legt fest, welche Methode der Arzt bei dem Patienten anwenden darf. Außerdem verbietet das Gesetz die Geschlechtsauswahl bei Spermien, sofern keine schwere, genetische Erbkrankheit vorliegt.  

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