Seksuele reproductie, die zowel planten als dieren uitvoeren, omvat het samensmelten van gameten of geslachtscellen, om een zygote te vormen, de technische term voor wat de meeste mensen in de dagelijkse taal "een bevrucht ei" noemen. Seksuele reproductie lijkt een omslachtig iets, biologisch en energetisch gezien, in vergelijking met wat bacteriën doen - gewoon in twee delen om een paar perfecte nieuwe kopieën van het ouderorganisme te maken. Maar zonder deze vorm van reproductie zou een soort geen genetische variatie kunnen ervaren door willekeurig mengen van ouderlijk DNA; alle nakomelingen zouden identiek zijn en dus identiek kwetsbaar voor bedreigingen voor het milieu zoals roofdieren, extreem weer en microbiële ziekten. Dit zou de overleving van soorten negatief beïnvloeden en is daarom geen evolutionair nuttige manier om zich op de lange termijn te reproduceren, ook al is het eenvoudig en betrouwbaar.

Zygoten doorlopen een reeks fasen op weg naar volwaardige versies van hun ouders. Alvorens een basisstudie van embryologie uit te voeren, is het echter nuttig om te weten hoe seksuele reproductie op cellulair niveau werkt en hoe het genetische diversiteit waarborgt. Dit vereist basiskennis van nucleïnezuren, chromosomen en genen en celdeling voordat de vorming van zygoten voldoende kan worden onderzocht.
Nucleïnezuren: de basis van het leven

Deoxyribonucleïnezuur (DNA) heeft grote bekendheid gekregen omdat de dubbele helixstructuur beroemd werd opgehelderd in 1953 door een team van onderzoekers, waaronder James Watson, Francis Crick en Rosalind Franklin. Iedereen die tegenwoordig procedurele shows of films van politie bekijkt, weet dat menselijk DNA kan worden gebruikt om mensen op unieke wijze te identificeren, zoals microscopische versies van vingerafdrukken; de meeste afgestudeerden op de middelbare school weten waarschijnlijk dat DNA ons in tastbare zin maakt tot wie we zijn en ook veel onthult over zowel onze ouders als eventuele kinderen die we hebben, nu of in de toekomst.

DNA , in feite, is het spul waarvan genen zijn gemaakt. Een gen is gewoon een lengte van een DNA-molecuul dat de biochemische code draagt voor het maken van een bepaald eiwitproduct, zoals een enzym of collageenvezel. DNA is een macromolecuul dat bestaat uit monomeren die nucleotiden worden genoemd, die elk op hun beurt drie componenten hebben: een suiker met vijf koolstofatomen (deoxyribose in DNA, ribose in RNA), een fosfaatgroep en een stikstofrijke base. Variatie in nucleotiden is het gevolg van variatie in deze stikstofbasen, aangezien DNA en RNA elk vier soorten hebben - adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T). (In RNA wordt uracil of U vervangen door T.) Bijgevolg worden unieke DNA-strengen geproduceerd door de nieuwe DNA-sequenties die ze bevatten. Een streng met de nucleotidesequentie ATTTCGATTA kan bijvoorbeeld de code voor het ene genproduct bevatten, terwijl TAGCCCGTATT de code voor een ander kan bevatten. (Opmerking: dit zijn willekeurig geselecteerde sequenties.

Omdat DNA dubbelstrengig is, paren elke basen op een strikte manier met een base op de complementaire streng: A altijd met T en C altijd met G. Dus de streng ATTTCGATTA zou paren met de streng TAAAGCTAAT volgens deze onschendbare regels.

DNA wordt verondersteld het grootste enkele molecuul in het lichaam te zijn, variërend tot vele miljoenen basenparen (soms uitgedrukt als nucleotiden) in lengte. Elk individueel chromosoom bestaat in feite uit een zeer lange DNA-molecule samen met een aanzienlijke hoeveelheid structureel eiwit.
Chromosomen

Elke levende cel in uw lichaam bevat een kern, net als die van elke andere eukaryoot (bijv. planten, dieren en schimmels), en in die kern zit DNA dat is gebundeld met eiwitten om een materiaal genaamd chromatine te maken. Deze chromatine wordt op zijn beurt in afzonderlijke eenheden gehouwen die chromosomen worden genoemd. Mensen hebben 23 verschillende chromosomen, waaronder 22 genummerd chromosomen (autosomen genoemd) en een geslachtschromosoom. Vrouwtjes hebben twee X-chromosomen, terwijl mannen één X-chromosoom en één Y-chromosoom hebben. In zekere zin "bepaalt" de vader in elke parende unie het geslacht van de nakomelingen.

Chromosomen worden in paren in alle cellen gevonden met uitzondering van gameten, die in detail worden besproken. Dit betekent dat wanneer een typische cel verdeelt, deze twee identieke dochtercellen creëert, elk met slechts één kopie van elk chromosoom. Elk van deze 23 chromosomen repliceert snel (d.w.z. maakt zelf een kopie), waardoor het aantal chromosomen in gewone cellen weer op 46 komt. Deze verdeling van cellen om twee identieke cellen te maken, wordt mitose genoemd, en het is zowel hoe je lichaam dode en versleten oproepen door het hele lichaam aanvult en hoe eencellige organismen zoals bacteriën zich reproduceren en volledige kopieën van zichzelf "geboorte".

Chromosomen, in de gerepliceerde toestand, bestaan uit twee identieke helften die chromatiden worden genoemd, die worden verbonden door een gecondenseerde vlek van chromatine die de centromeer wordt genoemd. Hoewel een enkel chromosoom een lineaire entiteit is, lijkt een gerepliceerd chromosoom meer op een asymmetrische letter "X" of een paar boemerangs die elkaar ontmoeten aan de top van hun curve. Ondanks zijn naam bevindt het centromeer zich meestal niet centraal, waardoor scheve chromosomen ontstaan. Het materiaal aan de zijkant van het centriol dat kleiner lijkt, vertegenwoordigt de p-armen van de twee identieke chromatiden, terwijl de andere kant de q-armen bevat.

De weergave van gameten lijkt in veel opzichten op mitose, maar de boekhouding van genetisch materiaal kan verwarrend zijn, en de ogenschijnlijk oppervlakkige verschillen tussen mitose en meiose zijn de reden waarom jij, en alleen jij, er precies zoals jij uitziet onder de miljarden mensen die vandaag leven (tenzij je een identieke tweeling hebt, dat wil zeggen).
Meiosis I en II

Gameten of geslachtscellen - zaadcellen bij mannelijke mannen en eicellen (eieren) bij vrouwen - hebben slechts één kopie van elk chromosoom, of 23 chromosomen in totaal. Gameten worden geproduceerd in kiemcellen, waar meiose plaatsvindt in twee fasen, meiose I en meiose II.

Aan het begin van meiose I bevat de kiemcel 46 chromosomen in 23 paren, net als normale (somatische) cellen doen aan het begin of mitose. Bij meiose worden de chromosomen echter niet op een zodanige manier uit elkaar getrokken dat elke dochtercel één chromatide ontvangt van elk chromosoom, bijvoorbeeld één van de maternaal bijgedragen kopie van chromosoom 1, één van de vaderlijk bijgedragen kopie van chromosoom 1, en spoedig. In plaats daarvan komen de homologe chromosomen (d.w.z. chromosoom 8 van de moeder en chromosoom 8 van de vader) in fysiek contact met elkaar, waarbij hun overeenkomstige armen willekeurige hoeveelheden materiaal uitwisselen. Vervolgens, voordat de cel zich daadwerkelijk deelt, richten de chromosomen zich willekeurig langs het vlak van deling zodat sommige dochtercellen bijvoorbeeld 10 chromatiden van de moeder en 13 van de vader ontvangen, terwijl de andere dochtercel 13 en 10 krijgt. Deze twee processen die uniek zijn voor meiose worden recombinatie en onafhankelijk assortiment genoemd en als u wilt, kunt u ze samen beschouwen als het grondig schudden van een kaartspel van 23 paar kaarten. Het gaat er nogmaals om genetische diversiteit te garanderen dankzij een nooit eerder gezien genoom in elk gamete.

Meiosis II begint met 23 chromosomen (of enkele chromatiden, als je dat liever hebt) in elk van de twee niet- identieke dochtercellen. Meiosis II is onopvallend in vergelijking met meiose I en lijkt op mitose doordat het twee identieke dochtercellen produceert. Aan het einde van de celdeling in meiosis II heeft de oorspronkelijke cel met 46 chromosomen aanleiding gegeven tot vier cellen in twee identieke paren met elk 23 chromosomen. Dit zijn gameten, de cellen die vervolgens zygoten vormen.
Vorming van de Zygote

Bij mensen worden zygoten gevormd wanneer een mannelijk gamete, formeel een spermatozoön genoemd, fuseert met een vrouwelijke gamete, een zogenaamde eicel. Dit proces wordt bevruchting genoemd. Hoewel je misschien wel eens hebt gehoord van iets dat 'het moment van conceptie' wordt genoemd, is dit een spreektaal zonder wetenschappelijke inhoud, want bevruchting (conceptie) is geen onmiddellijk proces, hoewel het aangrijpend is om onder een microscoop of op film te kijken.

Bij mensen ondergaat het hoofd van de zaadcellen een proces dat condensatie wordt genoemd en dat de glycoproteïnen in hun jassen verandert en hen in zekere zin voorbereidt op de strijd door ze beter voorbereid te maken om de buitenkant van de eicel binnen te dringen. Net als de meeste van de vroege reizigers die probeerden de Zuidpool te bereiken of de Mount Everest te beklimmen, komt slechts een kleine fractie sperma in het vrouwelijke voortplantingskanaal zelfs in de buurt van het ei in de baarmoeder van het vrouwtje.

Het sperma dat opwindt, is de "gelukkige" drager van het materiaal dat uiteindelijk onderdeel wordt van de zygoot, dwingt zich een weg door de buitenwand van de eicel, de corona radiata genoemd, door beide fysieke middelen (voortstuwing door de propelleachtige flagella van het sperma aanhangsel, gelijk aan zwemmen) en chemische middelen (het sperma scheidt een enzym af dat hyaluronidase wordt genoemd en dat helpt eiwitten af te breken in de corona radiata).

Op dit punt heeft het sperma eigenlijk slechts een deel van het werk gedaan dat nodig is om dienen als een zygote component. In de zona radiata van de eicel zit nog een laag, de zona pellucida genoemd. Nu ondergaat de kop van het sperma wat bekend staat als een acrosoomreactie, waarbij een aantal corrosieve chemicaliën wordt gedumpt om deze nieuwe laag op te lossen en het sperma zijn weg in het inwendige van de eicel te laten boren. Uitgeput laat het sperma zijn chromosomen af in het inwendige van de eicel, terwijl zijn buitenste membraan versmelt met die van de eicel. De kop, staart en resterende inhoud van het sperma vallen allemaal weg en vallen uiteen. Dit is de reden waarom alle mitochondriën in de zygote van de moeder komen, een bevinding die implicaties heeft bij het traceren van mensen naar hun verre voorouders.

Wanneer de gameten fysiek bij elkaar zijn gekomen, hebben ze elk kernen van hun eigen, elk met 23 enkelstrengige chromosomen. Het sperma kan een X-chromosoom of een Y-chromosoom bevatten, maar het ei zal altijd een X-chromosoom bevatten. Wanneer het sperma en het ei zelf samensmelten, begint dit met het cytoplasma en het delen van een enkel celmembraan, waardoor twee afzonderlijke kernen in het midden achterblijven. Deze kernen, in dit zeer vroege stadium van de zygote, worden pronuclei genoemd. Als deze eenmaal zijn samengesmolten tot één kern, is het ontluikende organisme nu officieel een zygoot.
Zygote versus Embryo

De verschillende stadia van embryonale ontwikkeling worden vaak door elkaar gebruikt. Soms is dit gerechtvaardigd; in werkelijkheid is er geen duidelijke scheiding tussen bijvoorbeeld een embryo en een foetus. Niettemin is conventionele terminologie nuttig.

Nadat de zygoot is gevormd, begint de nu-diploïde (dat wil zeggen met 46 chromosomen) cel te delen. Deze vroege divisies zijn mitotische divisies, die identieke cellen produceren, en elk duurt ongeveer 24 uur. De aldus gevormde cellen worden blastomeren genoemd, en ze worden met elke divisie achtereenvolgens kleiner, waardoor de totale grootte van de conceptus behouden blijft. Aan het einde van zes afdelingen, die 32 totale cellen achterlaat, kan de entiteit worden beschouwd als een embryo, in het bijzonder een morula (Latijn voor 'moerbei'), een solide bal bestaande uit een binnencelmassa, die uiteindelijk de foetus zelf wordt, en een buitenste celmassa, die zich ontwikkelt tot de placenta.