COS'È LA GASTRULAZIONE? - BIOLOGIA - 2025

La gastrulazione è un evento di sviluppo embrionale in cui avviene una massiccia riorganizzazione da una massa di cellule - la blastula - a una struttura altamente organizzata, formata da diversi strati germinali.

Per metterci temporaneamente nelle fasi dello sviluppo embrionale, avviene prima la fecondazione, poi la segmentazione e la formazione della blastula e l'organizzazione di questa massa cellulare è la gastrulazione. È l'evento più importante della terza settimana di gestazione nell'uomo.

Fonte: Pidalka44

Gli animali diploblastici sono costituiti da due strati embrionali: l'endoderma e l'ectoderma, mentre gli animali triblastici sono formati da tre strati embrionali: l'endoderma, il mesoderma e l'ectoderma. La corretta organizzazione di queste strutture e la loro appropriata localizzazione cellulare avviene durante la gastrulazione.

Ciascuno degli strati embrionali formati durante la gastrulazione darà origine a organi e sistemi specifici dell'organismo adulto.

Il processo varia a seconda del lignaggio animale studiato. Tuttavia, ci sono alcuni eventi comuni come i cambiamenti nella motilità delle cellule, nella loro forma e nel modo in cui sono collegate.

Principi di sviluppo embrionale

Passaggi cruciali durante lo sviluppo

Per comprendere il concetto di gastrulazione, è necessario conoscere alcuni aspetti chiave dello sviluppo di un embrione. Elencheremo e descriveremo brevemente ciascuno dei passaggi della pre-gastrulazione per entrare nel contesto.

Sebbene lo sviluppo animale sia un evento molto variabile tra i lignaggi, ci sono quattro fasi comuni: fecondazione, formazione di blastula, gastrulazione e organogenesi.

Fase 1. Fecondazione

Il primo passo è la fecondazione: l'unione tra i gameti femminili e maschili. Dopo questo evento, nello zigote si verificano una serie di cambiamenti e trasformazioni. Il fenomeno che coinvolge il passaggio da una singola cellula a un embrione completamente formato è l'obiettivo della biologia dello sviluppo embrionale.

Fase 2. Segmentazione e formazione della blastula

Dopo la fecondazione, si verifica la divisione ripetitiva e massiccia delle cellule, che in questa fase è chiamata blastomero. In questo periodo chiamato segmentazione, non c'è aumento delle dimensioni, solo divisioni della grande massa cellulare iniziale. Quando questo processo è terminato, si è formata una massa di cellule chiamata blastula.

Nella maggior parte degli animali, le cellule si dispongono attorno a una cavità centrale piena di liquido chiamata blastocele. Qui si forma uno strato germinale ed è un passaggio che tutti gli animali multicellulari subiscono durante il loro sviluppo.

È importante ricordare che durante il fenomeno di segmentazione l'embrione assume una polarità. Cioè, differiscono nei poli animali e vegetali. L'animale si caratterizza per essere ricco di citoplasma e piccolo sacco vitellino.

Passaggio 3. Gastrulazione e formazione di due strati germinali

Dopo la formazione del primo strato germinale, si verifica la formazione di un secondo strato. Questo processo verrà descritto in dettaglio in questo articolo.

Passaggio 4. Organogenesi

Una volta che i tre strati germinali sono stati stabiliti, le cellule iniziano a interagire con i loro partner e la formazione di tessuti e organi avviene in un evento chiamato organogenesi.

Diversi organi contengono cellule provenienti da più di uno strato germinale. Non è insolito che l'esterno dell'organo derivi da uno strato germinale e l'interno da un altro. L'esempio più lampante di questa origine eterogenea è la pelle, che è derivata dall'ectoderma e anche dal mesoderma.

Come nella gastrulazione, durante l'organogenesi, le cellule migrano per lunghe distanze per raggiungere la loro posizione finale.

Strati embrionali

L'evento cruciale della gastrulazione è l'organizzazione cellulare in vari strati embrionali. Il numero di strati embrionali consente la classificazione degli animali in due categorie: diblastica e triploblastica.

I diabolici sono animali con una struttura molto semplice e hanno solo due strati germinali: l'endoderma e l'ectoderma.

Al contrario, gli organismi triblastici hanno tre strati embrionali: quelli posseduti dai diblastici e uno aggiuntivo, il mesoderma.

Cos'è la gastrulazione?

Gastrulazione: origine dei tre strati germinali

Durante la gastrulazione, la blastula sferica descritta nella sezione precedente inizia ad aumentare di complessità, portando alla formazione di strati germinali dalle cellule totipotenziali dello strato epiblastico.

Inizialmente, il termine gastrulazione è stato utilizzato per descrivere l'evento di formazione dell'intestino. Tuttavia, ora è usato in un senso molto più ampio, descrivendo la formazione di un embrione trilaminare.

In questo processo, viene stabilito il piano corporeo dell'organismo in via di sviluppo. Le cellule che fanno parte dell'endoderma e del mesoderma si trovano all'interno della gastrula, mentre le cellule che compongono la pelle e il sistema nervoso sono sparse sulla sua superficie.

Il movimento cellulare - o migrazioni - durante la gastrulazione coinvolge l'intero embrione ed è un evento che deve essere finemente coordinato.

La gastrulazione è un processo molto variabile

A seconda del gruppo animale studiato, troviamo marcate variazioni nel processo di gastrulazione

In particolare, questo processo varia in diverse classi di vertebrati. Ciò si verifica, in parte, a causa delle restrizioni geometriche che ogni gastrula presenta.

Nonostante queste marcate variazioni, le fasi post-gastrula sono molto simili tra i gruppi. In effetti, la somiglianza tra embrioni di vertebrati è un fatto di conoscenza popolare.

È molto difficile - anche per le principali autorità in embriologia - differenziare un embrione da un uccello e un rettile nelle sue fasi incipienti.

Classificazione degli animali bilaterali in base al destino del blastopore.

Durante la gastrulazione, si forma un'apertura chiamata blastopore. La destinazione finale di questo consente la classificazione degli animali bilaterati in due grandi gruppi: protostomi e deuterostomi.

Nei protostomati - termine dalle radici greche "prima bocca" - la citata apertura dà origine alla bocca. Questa stirpe contiene i molluschi, gli artropodi e vari phyla di animali vermiformi.

Nei deuterostomi, il blastopore dà origine all'ano e la bocca è formata da un'altra apertura secondaria. In questo gruppo troviamo echinodermi e cordati: noi umani ci troviamo all'interno di cordati.

Altre caratteristiche embrionali e molecolari hanno contribuito a convalidare l'esistenza di questi due lignaggi evolutivi.

Tipi di movimenti durante la gastrulazione

Il destino della blastula dipende da diversi fattori, tra cui il tipo di uovo e la segmentazione. I tipi più comuni di gastrulazione sono i seguenti:

Gastrulazione per invaginazione

Nella maggior parte dei gruppi animali, la segmentazione è di tipo oloblastico, dove la blastula assomiglia a una palla senza nulla all'interno e la cavità è chiamata blastocele.

Durante la gastrulazione di invaginazione, una porzione della blastula si invagina verso l'interno e dà origine al secondo strato germinale: l'endoderma. Inoltre, appare una nuova cavità, chiamata archenteron.

È analogo a prendere una palla o una palla di plastica morbida, e con il dito premiamo fino a formare un buco: questa è l'invaginazione a cui ci riferiamo. I ricci di mare mostrano questo tipo di gastrulazione.

Grastrulation di epibolia

Questo tipo di gastrulazione si verifica nelle uova che hanno quantità apprezzabili di tuorlo nel polo vegetativo. Per questi motivi, diventa difficile creare un'intussuscezione (il processo che abbiamo descritto nel tipo precedente di gastrulazione).

Per la formazione degli strati germinali, si verifica una moltiplicazione dei micromeri situati nel polo animale, che affondano e circondano i macromeri. A questo punto il blastopore si è già formato al polo vegetativo,

L'ectoderma sarà formato dai micromeri, mentre i macromeri daranno origine all'endoderma.

Questo tipo di gastrulazione si trova nella formazione dell'ectoderma di gruppi animali molto eterogenei, come anfibi, ricci di mare e tunicati (noti anche come schizzi di mare o siringhe di mare).

Gastrulazione dell'involuzione

Questo processo si verifica quando l'uovo mostra enormi quantità di tuorlo, più che nel caso della gastrulazione epibolica. Il processo consiste nel collasso delle cellule situate alla periferia del disco.

Queste cellule si spostano quindi all'indietro e formano un secondo strato che si piega all'interno, formando l'endoderma e l'ectoderma. Il mesoderma degli anfibi si forma seguendo questo modello di sviluppo.

Gastrulazione per delaminazione

L'endoderma ha origine dalle divisioni delle cellule ectodermiche. Inoltre, queste cellule migrano e affondano. Quindi, avviene la separazione in due strati di cellule, che saranno l'ectoderma e l'endoderma.

Questo tipo di gastrulazione non è frequente e non è presente blastopore. La formazione di ipoblasti negli uccelli e nei mammiferi avviene per delaminazione.

Gastrulazione di ingressioni

Assomiglia alla gastrulazione per delaminazione sotto diversi aspetti, con l'eccezione che l'endoderma è formato dal movimento delle cellule dall'ectoderma.

Come nella gastrulazione per delaminazione, la formazione di un blastopore non si verifica ed è caratteristica degli animali meno complessi, come le spugne di mare e il midollo. Il mesoderma dei ricci di mare si forma in questo modo, così come i neuroblasti del genere Drosophila.

Riferimenti

1. Carlson, BM (2018). E-Book di embriologia umana e biologia dello sviluppo. Elsevier.
2. Hall, BK (2012). Biologia evolutiva dello sviluppo. Springer Science & Business Media.
3. Hickman, CP (2007). Principi integrati di zoologia. McGraw-Hill.
4. Holtfreter, J. (1944). Uno studio della meccanica della gastrulazione. Giornale di zoologia sperimentale, 95 (2), 171-212.
5. Kalthoff, K. (1996). Analisi dello sviluppo biologico. New York: McGraw-Hill.
6. Nance, J., Lee, JY e Goldstein, B. (2005). Gastrulazione in C. elegans. In WormBook: The Online Review of C. elegans Biology. WormBook.