جنين

في الحيوانات، تبدأ عملية نمو الجنين بالإخصاب بتكوين الزيجوت، وهي خلية واحدة ناتجة عن اندماج الأمشاج (مثل البويضة والحيوان المنوي). ^{[ 6 ]} ويتطور الزيجوت إلى جنين متعدد الخلايا عبر سلسلة من المراحل المعروفة، والتي تُقسم عادةً إلى الانقسام، والبلاستولة، والتكوين المعدي، وتكوين الأعضاء. ^{[ 7 ]}

الانقسام هو فترة الانقسامات الخلوية السريعة التي تحدث بعد الإخصاب. خلال الانقسام، لا يتغير الحجم الكلي للجنين، ولكن حجم الخلايا الفردية يتناقص بسرعة، حيث تنقسم لزيادة العدد الإجمالي للخلايا. ^{[ 8 ]} ينتج عن الانقسام البلاستولة. ^{[ 7 ]}

بحسب النوع، قد يظهر الجنين في مرحلة البلاستولة أو الكيسة الأريمية على شكل كرة من الخلايا فوق المح، أو على شكل كرة مجوفة من الخلايا تحيط بتجويف مركزي . ^{[ 9 ]} تستمر خلايا الجنين في الانقسام والتكاثر، بينما تعمل جزيئات داخل الخلايا، مثل الحمض النووي الريبوزي (RNA) والبروتينات، على تعزيز عمليات النمو الرئيسية، مثل التعبير الجيني، وتحديد مصير الخلية، واستقطابها. ^{[ 10 ]} قبل انغراسه في جدار الرحم، يُعرف الجنين أحيانًا باسم جنين ما قبل الانغراس أو المفهوم ما قبل الانغراس . ^{[ 11 ]} يُطلق عليه أحيانًا اسم ما قبل الجنين ، وهو مصطلح يُستخدم للتمييز بينه وبين الجنين الحقيقي في سياق دراسات الخلايا الجذعية الجنينية. ^{[ 12 ]}

التكوين الجنيني هو المرحلة التالية من التطور الجنيني، ويتضمن تكوين طبقتين أو أكثر من الخلايا (الطبقات الجرثومية). تُسمى الحيوانات التي تُكوّن طبقتين (مثل اللاسعات ) بالحيوانات ثنائية الطبقات، بينما تُسمى تلك التي تُكوّن ثلاث طبقات (معظم الحيوانات الأخرى، من الديدان المسطحة إلى الإنسان) بالحيوانات ثلاثية الطبقات. خلال التكوين الجنيني للحيوانات ثلاثية الطبقات، تُسمى الطبقات الجرثومية الثلاث المتكونة: الأديم الظاهر ، والأديم المتوسط ، والأديم الباطن . ^{[ 9 ]} يمكن تتبع أصل جميع أنسجة وأعضاء الحيوان البالغ إلى إحدى هذه الطبقات. ^{[ 13 ]} على سبيل المثال، يُنتج الأديم الظاهر بشرة الجلد والجهاز العصبي، ^{[ 14 ]} ويُنتج الأديم المتوسط ​​الجهاز الوعائي والعضلات والعظام والأنسجة الضامة، ^{[ 15 ]} ويُنتج الأديم الباطن أعضاء الجهاز الهضمي وظهارة الجهاز الهضمي والجهاز التنفسي. ^{[ 16 ] [ 17 ]} تحدث العديد من التغيرات المرئية في بنية الجنين خلال عملية التكوين الجنيني، حيث تهاجر الخلايا التي تُكوّن الطبقات الجرثومية المختلفة، مما يؤدي إلى انطواء الجنين المستدير سابقًا أو انغلافه ليُصبح على شكل كأس. ^{[ 9 ]}

بعد مرحلة التكوين الجنيني المبكر (التكوين المعدي)، يستمر الجنين في النمو ليصبح كائنًا حيًا متعدد الخلايا ناضجًا، وذلك بتكوين التراكيب الضرورية للحياة خارج الرحم أو البويضة. وكما يوحي الاسم، فإن مرحلة تكوين الأعضاء هي المرحلة التي تتشكل فيها الأعضاء خلال التطور الجنيني. وخلال هذه المرحلة، تحفز التفاعلات الجزيئية والخلوية مجموعات معينة من الخلايا من الطبقات الجرثومية المختلفة على التمايز إلى أنواع خلايا متخصصة في الأعضاء. ^{[ 18 ]} فعلى سبيل المثال، في مرحلة تكوين الجهاز العصبي، تنفصل مجموعة فرعية من خلايا الأديم الظاهر عن الخلايا الأخرى وتتخصص بشكل أكبر لتصبح الدماغ أو الحبل الشوكي أو الأعصاب الطرفية. ^{[ 19 ]}

تختلف فترة التطور الجنيني من نوع إلى آخر. ففي التطور البشري، يُستخدم مصطلح "الجنين" بدلاً من "الطَفْن" بعد الأسبوع التاسع من الإخصاب، ^{[ 20 ]} بينما في سمكة الزيبرا ، يُعتبر التطور الجنيني مكتملاً عند ظهور عظمة الترقوة . ^{[ 21 ]} أما في الحيوانات التي تفقس من بيضة، كالطيور، فلا يُشار عادةً إلى الحيوان الصغير بالطَفْن بعد فقسه. وفي الحيوانات الولودة (الحيوانات التي يقضي صغارها بعض الوقت على الأقل في النمو داخل جسم أحد الوالدين)، يُشار عادةً إلى الصغير بالطَفْن وهو داخل رحم الوالد، ولا يُعتبر كذلك بعد الولادة أو الخروج من الرحم. ومع ذلك، يختلف مدى النمو والتطور الذي يحدث داخل البيضة أو رحم الوالد اختلافًا كبيرًا من نوع إلى آخر، لدرجة أن العمليات التي تحدث بعد الفقس أو الولادة في نوع ما قد تحدث قبلها بفترة طويلة في نوع آخر. لذلك، ووفقًا لأحد الكتب الدراسية، يشيع بين العلماء تفسير نطاق علم الأجنة على نطاق واسع ليشمل دراسة نمو الحيوانات. ^{[ 9 ]}

تُنتج النباتات المزهرة ( كاسيات البذور ) أجنةً بعد إخصاب بويضة أحادية المجموعة الكروموسومية بحبوب اللقاح . يتحد الحمض النووي من البويضة وحبوب اللقاح لتكوين زيجوت ثنائي المجموعة الكروموسومية، وهو خلية واحدة تتطور إلى جنين. ^{[ 22 ]} يُعد الزيجوت، الذي ينقسم عدة مرات خلال مراحل نمو الجنين، جزءًا من البذرة . تشمل مكونات البذرة الأخرى الإندوسبيرم ، وهو نسيج غني بالعناصر الغذائية التي تدعم نمو جنين النبات، وغلاف البذرة، وهو غطاء خارجي واقٍ. يكون الانقسام الخلوي الأول للزيجوت غير متماثل ، مما ينتج عنه جنين يتكون من خلية صغيرة (الخلية القمية) وخلية كبيرة (الخلية القاعدية). ^{[ 23 ]} ستُنتج الخلية القمية الصغيرة في النهاية معظم تراكيب النبات البالغ، مثل الساق والأوراق والجذور. ^{[ 24 ]} ستُنتج الخلية القاعدية الأكبر حجمًا المُعلق، الذي يربط الجنين بالسويداء، مما يسمح بمرور العناصر الغذائية بينهما. ^{[ 23 ]} تستمر خلايا الجنين النباتي في الانقسام والتقدم عبر مراحل نمو تُسمى نسبةً إلى مظهرها العام: الكروية، والقلبية، والطوربيدية. في المرحلة الكروية، يمكن تمييز ثلاثة أنواع أساسية من الأنسجة (الجلدية، والأساسية، والوعائية). ^{[ 23 ]} سيُنتج النسيج الجلدي البشرة، أو الغطاء الخارجي للنبات، ^{[ 25 ]} وسيُنتج النسيج الأساسي المادة النباتية الداخلية التي تعمل في عملية التمثيل الضوئي ، وتخزين الموارد، والدعم الفيزيائي، ^{[ 26 ]} وسيُنتج النسيج الوعائي نسيجًا ضامًا مثل الخشب واللحاء اللذين ينقلان السوائل والعناصر الغذائية والمعادن في جميع أنحاء النبات. ^{[ 27 ]} في المرحلة القلبية، ستتكون فلقة واحدة أو اثنتان (أوراق جنينية). تتطور الأنسجة المرستيمية (مراكز نشاط الخلايا الجذعية ) خلال مرحلة الطوربيد، وستنتج في نهاية المطاف العديد من الأنسجة الناضجة للنبات البالغ طوال حياته. ^{[ 23 ]} في نهاية النمو الجنيني، تدخل البذرة عادةً في حالة سكون حتى الإنبات. ^{[ 28 ]} بمجرد أن يبدأ الجنين بالإنبات (النمو من البذرة) ويُكوّن أول ورقة حقيقية له، يُطلق عليه اسم بادرة أو نبيتة. ^{[ 29]]}

تُنتج النباتات التي تُنتج الأبواغ بدلًا من البذور، مثل الحزازيات والسرخسيات ، أجنةً أيضًا. في هذه النباتات، يبدأ الجنين وجوده مُلتصقًا بالجدار الداخلي للأرشيجونيوم على المشيج الأبوي الذي نشأت منه البويضة. ^{[ 30 ]} يقع الجدار الداخلي للأرشيجونيوم على اتصال وثيق بـ "قاعدة" الجنين النامي؛ تتكون هذه "القاعدة" من كتلة منتفخة من الخلايا في قاعدة الجنين، والتي قد تتلقى التغذية من المشيج الأبوي. ^{[ 31 ]} يختلف تركيب وتطور باقي أجزاء الجنين باختلاف مجموعات النباتات. ^{[ 32 ]}

بما أن جميع النباتات البرية تُنتج أجنة، فإنها تُسمى مجتمعةً بالنباتات الجنينية (أو باسمها العلمي، Embryophyta). وهذا، إلى جانب خصائص أخرى، يميز النباتات البرية عن أنواع النباتات الأخرى، مثل الطحالب ، التي لا تُنتج أجنة. ^{[ 33 ]}

تُدرس أجنة من أنواع نباتية وحيوانية عديدة في مختبرات الأبحاث البيولوجية حول العالم لدراسة مواضيع مثل الخلايا الجذعية ، ^{[ 34 ]} والتطور والنمو ، ^{[ 35 ]} وانقسام الخلايا ، ^{[ 36 ]} والتعبير الجيني . ^{[ 37 ]} ومن الأمثلة على الاكتشافات العلمية التي حُزت على جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء، والتي تحققت أثناء دراسة الأجنة، مُنظم سبيمان -مانغولد ، وهو مجموعة من الخلايا اكتُشفت في الأصل في أجنة البرمائيات وتُنتج الأنسجة العصبية، ^{[ 38 ]} والجينات التي تُنتج أجزاء الجسم والتي اكتُشفت في أجنة ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا) بواسطة كريستيان نوسلين-فولهارد وإريك فيشاوس . ^{[ 39 ]}

يُستخدم إنشاء الأجنة و/أو التلاعب بها عبر تقنيات الإنجاب المساعدة (ART) لمعالجة مشاكل الخصوبة لدى البشر والحيوانات الأخرى، وللتربية الانتقائية في الأنواع الزراعية. بين عامي 1987 و2015، ساهمت تقنيات الإنجاب المساعدة، بما فيها التلقيح الصناعي (IVF)، في ولادة ما يُقدّر بمليون طفل في الولايات المتحدة وحدها. ^{[ 40 ]} تشمل التقنيات السريرية الأخرى التشخيص الجيني قبل الزرع (PGD)، الذي يُمكنه تحديد بعض التشوهات الجينية الخطيرة، مثل اختلال الصيغة الصبغية ، قبل اختيار الأجنة لاستخدامها في التلقيح الصناعي. ^{[ 41 ]} اقترح البعض (أو حتى حاولوا - انظر قضية هي جيانكوي ) التعديل الجيني للأجنة البشرية باستخدام تقنية كريسبر-كاس9 كوسيلة محتملة للوقاية من الأمراض؛ ^{[ 42 ]} إلا أن هذا قوبل بإدانة واسعة النطاق من المجتمع العلمي. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

تُستخدم تقنيات التلقيح الاصطناعي أيضًا لتحسين ربحية أنواع الحيوانات الزراعية، مثل الأبقار والخنازير، من خلال تمكين التربية الانتقائية للصفات المرغوبة و/أو زيادة عدد النسل. ^{[ 45 ]} فعلى سبيل المثال، عندما تُترك الأبقار تتكاثر طبيعيًا، فإنها تُنتج عادةً عجلًا واحدًا سنويًا، بينما يزيد التلقيح الاصطناعي في المختبر (IVF) من إنتاج النسل إلى 9-12 عجلًا سنويًا. ^{[ 46 ]} كما يُستخدم التلقيح الاصطناعي في المختبر (IVF) وتقنيات التلقيح الاصطناعي الأخرى، بما في ذلك الاستنساخ عبر نقل نواة الخلية الجسدية بين الأنواع (iSCNT)، ^{[ 47 ]} في محاولات لزيادة أعداد الأنواع المهددة بالانقراض أو المعرضة للخطر، مثل وحيد القرن الأبيض الشمالي ، ^{[ 48 ]} والفهود ، ^{[ 49 ]} وسمك الحفش . ^{[ 50 ]}

تتضمن عملية الحفظ بالتبريد للموارد الوراثية جمع وتخزين المواد التكاثرية، مثل الأجنة والبذور والأمشاج، من أنواع حيوانية أو نباتية في درجات حرارة منخفضة لحفظها لاستخدامها في المستقبل. ^{[ 51 ]} تشمل بعض الجهود الكبيرة المبذولة في مجال الحفظ بالتبريد لأنواع الحيوانات " حدائق حيوانات مجمدة " في أماكن مختلفة حول العالم، بما في ذلك " سفينة نوح المجمدة " في المملكة المتحدة ، ^{[ 52 ]} ومركز تربية الحياة البرية العربية المهددة بالانقراض (BCEAW) في الإمارات العربية المتحدة، ^{[ 53 ]} ومعهد سان دييغو للحفاظ على البيئة في الولايات المتحدة. ^{[ 54 ] [ 55 ]} اعتبارًا من عام 2018، كان هناك ما يقرب من 1700 بنك بذور يُستخدم لتخزين وحماية التنوع البيولوجي النباتي، لا سيما في حالة الانقراض الجماعي أو حالات الطوارئ العالمية الأخرى. ^{[ 56 ]} يحتفظ قبو سفالبارد العالمي للبذور في النرويج بأكبر مجموعة من الأنسجة التكاثرية النباتية، مع أكثر من مليون عينة مخزنة عند درجة حرارة -18 درجة مئوية (0 درجة فهرنهايت) . ^{[ 57 ]}