Rozwój kurczaka

Wieloletnie badania embriologiczne prowadzone na kurczętach znacząco poszerzyły naszą wiedzę na temat rozwoju kręgowców. Powszechna udomowienie kurcząt sprawia, że ich embriony są łatwo i tanio dostępne. Ponadto embriony rozwijają się zewnętrznie i są podatne na wiele manipulacji fizycznych oraz genetycznych, co pozwala na dogłębne badanie procesów rozwojowych. W niniejszym filmie omówiono podstawy reprodukcji kurcząt, anatomię jaja oraz rozwój embrionu, a następnie przedstawiono techniki laboratoryjne wykorzystujące ten system rozwojowy.

Zanim przejdziemy do omówienia embriogenezy, przyjrzyjmy się temu, jak powstaje wiele istotnych struktur jaja.

Kurzy kury, czyli kury nioski, znoszą jaja niemal codziennie, niezależnie od zachowań kopulacyjnych; jest to cecha, z której często korzystamy podczas śniadania!

Trwający 24 godziny proces formowania jaja rozpoczyna się od obecności owokomórki w jajowodzie. Komórka ta składa się z bogatego w składniki odżywcze żółtka otoczonego błoną witelinalną. Jeśli kura ostatnio kopulowała, na tym etapie dochodzi do zapłodnienia, co inicjuje podziały komórkowe ograniczone do niewielkiego obszaru na powierzchni żółtka, zwanego tarczkiem zarodkowym. W miarę przesuwania się jaja przez jajowód, wokół żółtka tworzy się warstwa albuminy, czyli białka jaja, która zawiera wodę i białka służące do ochrony i odżywiania. Następnie dodawane są błony skorupowe zawierające keratynę, które stanowią barierę ochronną przed bakteriami. Na koniec w macicy tworzy się półprzepuszczalna skorupa zbudowana z węglanu wapnia, która będzie chronić jajo i umożliwi wymianę gazową oraz wilgoci.

Skoro wiemy już nieco o tym, co dzieje się wewnątrz kurczaka, przejrzyjmy kolejne etapy po zniesieniu jaj.

Mimo że w tym momencie rozwój już się rozpoczął, jego postęp zostanie zatrzymany, gdy jaja zostaną wystawione na działanie niższych temperatur. Ponieważ dalszy wzrost zależy od inkubacji w 37,5 °C, stadia rozwoju kurczaka najczęściej definiuje się poprzez kamienie milowe morfologiczne, zgodnie z serią etapową Hamburgera-Hamiltona.

W momencie zniesienia jaja kurczak znajduje się w stadium 1 według Hamburgera-Hamiltona. Na tym etapie komórki, z których powstanie embrion, znajdują się w obrębie przezroczystego obszaru „area pellucida” w centrum białej, przypominającej tarczę struktury zwanej blastodermą. Kolejna faza rozwoju charakteryzuje się pojawieniem się formacji komórkowej w linii środkowej embrionu, znanej jako prążek pierwotny. Komórki area pellucida migrują przez bruzdę tworzącą się w prążku, aby wygenerować trzy oddzielne warstwy, znane jako warstwy zarodkowe.

Pierwsze komórki przemieszczające się przez prążek stają się endodermą, która tworzy wyściółkę przewodu pokarmowego i dróg oddechowych, natomiast komórki przechodzące później stają się mezodermą, z której powstają mięśnie i krew. Komórki pozostające na powierzchni stanowią ektodermę, która przekształca się w skórę i tkankę nerwową.

Proces ten, znany jako gastrulacja, rozpoczyna się w skupisku komórek zwanym węzłem Hensenowskim na przednim końcu prążka pierwotnego. Przeszczepienie tej struktury do innego embrionu prowadzi do powstania wtórnych struktur embrionalnych, co dowodzi kluczowej roli węzła w kształtowaniu osi embrionalnej.

Analiza ekspresji genów w tym wtórnym embrionie dodatkowo wykazuje, że węzeł bierze udział w specyfikacji tkanek nerwowych, takich jak rurka neuralna, która później tworzy embrionalny mózg i rdzeń kręgowy.

Wyraźną cechą późniejszych embrionów jest złożona sieć naczyń krwionośnych rozchodzących się po żółtku. Krążenie w tych naczyniach jest niezbędne do dystrybucji składników odżywczych z żółtka do szybko rosnącego embrionu. Wraz ze wzrostem złożoności embrionu rozwija się również system unaczynionych błon pozazarodkowych, które go wspierają. Podczas gdy pęcherzyk żółtkowy bierze udział głównie w dostarczaniu składników odżywczych, allantois i chorion odgrywają krytyczną rolę w oddychaniu i wydalaniu embrionu. Po około 7 dniach inkubacji dwie te błony zlewają się, tworząc błonę chorioallantoiczną (CAM). Dzięki swojemu położeniu CAM umożliwia wymianę gazową z otoczeniem oraz pozwala embrionowi wykorzystywać skorupkę jako źródło wapnia.

Ten system transportowy utrzymuje embrion przez około 21 dni rozwoju, po których kurczak przebija otwór w skorupce pozbawionej wapnia i wykluwa się.

Po omówieniu niektórych kluczowych etapów rozwoju kurczaka, przyjrzyjmy się temu, jak badacze analizują te procesy w warunkach laboratoryjnych.

Podobnie jak w eksperymentach z węzłem Hensen’a, transplantacja między embrionami może wykazać funkcję izolowanych tkanek w rozwoju. Powszechnym rozwinięciem tej techniki jest przeszczepianie tkanek z innych gatunków ptaków, np. przepiórki, do embrionów kurczaka. W takich badaniach przeszczepione komórki można łatwo śledzić za pomocą markerów specyficznych dla przepiórki, aby ocenić ich wpływ na procesy rozwojowe, takie jak formowanie się żuchwy.

Dynamiczne wzorce ekspresji genów kierują fascynującymi przekształceniami obserwowanymi w trakcie rozwoju kurczaka. Aby lepiej zrozumieć szlaki rozwojowe, stosuje się hybrydyzację in situ RNA w celu wizualizacji ekspresji genów w całych embrionach. W tej procedurze embriony są zbierane, utrwalane, a następnie inkubowane z sondą RNA, która wiąże się ze specyficznymi celami mRNA. Znaczniki na sondach wyróżniają komórki, w których docelowe mRNA występuje w dużych ilościach, co wskazuje na silną ekspresję genów.

Widzieliśmy, jak formują się pierwotne struktury neuronalne u kurczaka, ale w jaki sposób ewoluują one w złożony układ nerwowy kręgowca? Jedną z metod badania embrionalnych połączeń neuronalnych jest tzw. tracing neuronalny. Badacze wstrzykują barwnik do interesujących ich neuronów i pozwalają mu rozprzestrzenić się wzdłuż aksonu. Utrwalone embriony są następnie cienko przekrawane i poddawane immunobarwieniu. Ścieżki, którymi podążają neurony, można następnie zwizualizować za pomocą znacznika barwnika wraz ze znanymi markerami tkanki mózgowej.

Właśnie obejrzeli Państwo film JoVE na temat rozwoju kurczaka. Film ten omówił podstawy tworzenia się jaja, kluczowe etapy rozwoju pisklęcia oraz niektóre popularne techniki badawcze stosowane w celu lepszego zrozumienia fascynującej przemiany z poziomu śniadania do poziomu kolacji. Dziękujemy za uwagę!