Sinh học phát triển là nghiên cứu quá trình mà động vật và thực vật phát triển và phát triển. Sinh học phát triển bao gồm sinh học tái sinh, sinh sản vô tính và biến chất và sự phát triển và sự khác biệt của các tế bào gốc trong cơ thể người trưởng thành.
Perspectives
Các quá trình chính liên quan đến sự phát triển phôi của động vật là: đặc điểm khu vực, hình thái học, phân biệt tế bào, tăng trưởng, và kiểm soát tổng thể về thời gian được khám phá trong sinh học phát triển tiến hóa. Đặc tả khu vực đề cập đến các quy trình tạo ra không gian mẫu trong quả bóng hoặc tấm của các tế bào ban đầu tương tự. Điều này nói chung liên quan đến hoạt động của các yếu tố quyết định chất tế bào chất, nằm trong các phần của trứng được thụ tinh, và các tín hiệu quy nạp phát ra từ các trung tâm báo hiệu trong phôi. Các giai đoạn đầu của đặc điểm khu vực không tạo ra các tế bào phân biệt chức năng, nhưng các quần thể tế bào cam kết phát triển thành một khu vực cụ thể hoặc một phần của cơ thể. Những điều này được xác định bởi sự thể hiện các kết hợp đặc biệt của các yếu tố phiên mã. Sự hình thành sinh học liên quan đến sự hình thành hình dạng ba chiều. Nó chủ yếu liên quan đến các phong trào dàn nhạc của các tế bào và các tế bào cá nhân.
Sự hình thành sinh học là rất quan trọng để tạo ra ba lớp mầm của phôi sớm (ectoderm, Mesoderm và Endoderm) và để xây dựng các cấu trúc phức tạp trong quá trình phát triển cơ quan. Sự khác biệt tế bào liên quan đặc biệt đến sự hình thành các loại tế bào chức năng như dây thần kinh, cơ, biểu mô thư tiết, vv Các tế bào khác biệt có chứa một lượng lớn các protein cụ thể gắn với chức năng của tế bào. Tăng trưởng liên quan đến cả sự gia tăng tổng thể về kích thước, và sự phát triển khác biệt của các bộ phận (sự so sánh allometry) góp phần tạo ra hình thái. Sự phát triển chủ yếu xảy ra thông qua sự phân chia tế bào, nhưng cũng thông qua sự thay đổi kích thước tế bào và lắng đọng các vật liệu ngoài tế bào. Việc kiểm soát thời gian của sự kiện và sự kết hợp của các quá trình khác nhau với nhau là lĩnh vực ít được hiểu rõ nhất của chủ đề. Hiện vẫn chưa rõ liệu phôi động vật có chứa cơ chế đồng hồ tổng thể hay không.
Sự phát triển của thực vật liên quan đến quá trình tương tự như của động vật. Tuy nhiên, các tế bào thực vật hầu như không kích hoạt nên hình thái học được tạo ra bởi sự tăng trưởng khác biệt, không có sự di chuyển của tế bào. Ngoài ra, các tín hiệu quy nạp và các gen liên quan đến sự phát triển của cây trồng khác với những tín hiệu điều khiển sự phát triển của động vật.
Quá trình phát triển
Biệt hóa tế bào
Sự khác biệt tế bào là quá trình mà theo đó các kiểu tế bào chức năng khác nhau phát sinh trong quá trình phát triển. Ví dụ, nơ-ron, sợi cơ và tế bào gan (tế bào gan) là các loại tế bào phân biệt được biết đến rộng rãi. Các tế bào khác biệt thường tạo ra một số lượng lớn một vài protein cần thiết cho chức năng cụ thể của chúng và điều này cho chúng hình dáng đặc trưng cho phép chúng được công nhận dưới kính hiển vi ánh sáng. Các gen mã hoá các protein này rất mạnh. Thông thường cấu trúc chromatin của chúng rất mở, cho phép truy cập vào các enzyme phiên mã, và các yếu tố phiên mã đặc biệt liên kết với các trình tự điều chỉnh trong DNA để kích hoạt biểu hiện gen. Ví dụ, NeuroD là yếu tố phiên mã chính cho phân biệt nơ-ron, myogenin để phân biệt cơ, và HNF4 để phân biệt tế bào gan.
Sự khác biệt tế bào thường là giai đoạn cuối cùng của sự phát triển, trước một số quốc gia cam kết không phân biệt rõ ràng. Một mô đơn, được tạo thành từ một loại tế bào tiền thân hoặc tế bào gốc, thường bao gồm một số loại tế bào khác biệt. Kiểm soát sự hình thành của chúng bao gồm một quá trình ức chế bên, dựa trên các tính chất của con đường tín hiệu Notch . Ví dụ, trong phiến nano của phôi, hệ thống này hoạt động để tạo ra một quần thể các tế bào tiền thân nơron, trong đó NeuroD được biểu hiện rất cao.
Regeneration
Regeneration cho thấy khả năng regrow một phần bị thiếu. Điều này rất phổ biến giữa các loài thực vật, cho thấy sự tăng trưởng liên tục, cũng như trong các động vật thuộc địa như hydroids và ascidians. Nhưng sự quan tâm của các nhà sinh vật học phát triển đã được thể hiện trong việc tái tạo các bộ phận trên các động vật sống tự do. Đặc biệt bốn mô hình đã được điều tra nhiều. Hai trong số này có khả năng tái tạo toàn bộ cơ thể: Hydra, có thể tái tạo bất kỳ phần nào của polyp từ một mảnh nhỏ, và sâu máy bay, thường có thể tái tạo cả hai đầu và đuôi. Cả hai ví dụ này đều có doanh thu tế bào liên tục được nuôi bằng các tế bào gốc, và ít nhất là trong planaria, ít nhất một số tế bào gốc đã được chứng minh là đa năng Hai mô hình khác chỉ cho thấy sự tái tạo vùng phụ cận. Đây là những phần phụ của côn trùng, thường là chân của côn trùng có máu như cricket, và chân tay của lưỡng cư urodele . Hiện có thông tin đáng kể về hồi phục chi của chân lồng và mọi người đều biết rằng mỗi loại tế bào tái tạo tự thân, ngoại trừ mô liên kết, nơi có sự chuyển đổi giữa sụn, lớp bì và gân. Xét về mô hình cấu trúc, điều này được kiểm soát bởi sự kích hoạt lại các tín hiệu hoạt động trong phôi. Vẫn còn tranh luận về câu hỏi cũ về việc tái sinh là tài sản “nguyên sơ” hay “thích nghi”. Nếu trước đây là trường hợp, với kiến thức được cải thiện, chúng ta có thể mong đợi để có thể cải thiện khả năng tái sinh ở người. Nếu sau này, sau đó mỗi trường hợp tái sinh được coi là đã phát sinh do chọn lọc tự nhiên trong các hoàn cảnh cụ thể đối với loài, do đó không có quy tắc chung nào được mong đợi.