Fascinerande forskning – Liten blir större

Övningar och laborationer

Embryologi i skolan knyter an till centrala och viktiga områden inom biologin, som bland annat handlar om
• befruktning, samt utveckling av ett embryo till en vuxen individ med färdigbildade organ och organsystem
• programmerad celldöd
• gener, som styr utvecklingen av embryot, till exempel HOXgener som påverkar den grundläggande kroppsbyggnaden
• provrörsbefruktning och undersökning av embryon för att söka efter genetiska förändringar som orsakar svåra ärftliga sjukdomar, samt genetisk rådgivning kring ärftliga sjukdomar
• stamcellers betydelse under embryoutvecklingen och medicinsk användning av stamceller av olika slag, samt återskapande av förlorade kroppsdelar.

Liten blir större


 

Groddjurens utveckling

Grodor och paddor har yttre befruktning och lägger massor av ägg tidigt om våren. Äggen är genomskinliga vilket gör det enkelt att följa utvecklingen av den lilla svarta larven. Ta in några yngel av vanlig groda eller vanlig padda och studera hur de utvecklas. Hur bildas extremiteterna? Vilka delar av larvkroppen tillbakabildas genom programmerad celldöd? Det är tillåtet att under en begränsad tid hålla grodyngel i förvar inomhus om man sedan släpper ut dem igen.  Jämför embryoutvecklingen hos våra svenska groddjur med utvecklingen hos den mexikanska salamandern axolotl.

Ägget – en smart förpackning

Gissa embryot

Ryggradsdjur liknar varandra i början av embryoutvecklingen. Jämför de fyra embryona i övningen nedan:

  • Vilka likheter kan du se?
  • Vilken del av kroppen är i början av utvecklingen förhållandevis störst? Jämför huvud, kropp, armar och ben.

Följ utvecklingen hos fyra organismer via en animation och gissa vilket djur det är.

Jämför embryoutvecklingen hos olika djurarter genom att studera filmer och animationer enligt nedan:

Zebrafisk, filmer och bildmaterial: Foton visar utvecklingen av zebrafisk under 48 timmarZebrafish Development och Zebrafish embryo development animation
Kyckling, ett exempel på animation som visar utveckling av kycklingembryo: Chicken Embryo Development
Bananfluga, exempel på animation som visar utveckling av bananfluga: Drosophila embryo development

E-Mouse atlas

Webbsidan från emouseatlas är i första hand avsedd för forskare, men här finns mycket som är intressant för biologiundervisningen. Länken E-Learning innehåller animationer som visar utvecklingen av människa och olika djur. Exempelvis visas befruktning och de första delningsstadierna, samt bildning av blastula och gastrula. Även utvecklingen av olika organsystem illustreras. Välj nivå från mer översiktlig till fördjupad med omfattande faktainnehåll. Länken Mouse Anatomy Atlas visar foton och filmer på musens utvecklingsstadier.

E-mouse
E-Learning
Mouse anatomy

Generna som styr utvecklingen

Homeoboxgener (Hox) finns hos alla djur och är nödvändiga för att embryots grundläggande struktur ska utvecklas korrekt. Familjen med homeoboxgener innehåller uppskattningsvis 235 funktionella gener. Antalet gener och vilka gener som finns varierar mellan arter. Hos människa finns 39 gener, uppdelade i fyra grupper. Läs om Hoxgener i texten Homeotic Genes and Body Patterns på webbsidan från Learn Genetics, University of Utah, och fundera över nedanstående frågor.

  • Beskriv hur Hoxgenerna påverkar embryots grundläggande byggnad.
  • Vilken principiell likhet finns hos alla arter beträffande ordningen av generna i genomet och vilka delar av kroppen de påverkar?
  • Ge exempel på ett par defekter hos bananfluga som ger förståelse för hur defekter i Hoxgener påverkar embryoutvecklingen.
  • Vad händer om man byter en viss Hoxgen hos en mus mot motsvarande gen från en bananfluga – eller tvärt om?
  • Ett mindre antal Hoxgener uppstod mycket tidigt under evolutionen. Sedan dess har det bildats ett stor antal likartade gener. Hur man kan förklara detta?
  • Extremiteterna hos groddjur, kräldjur, fåglar och däggdjur ser olika ut, men grundplanen är densamma. Se bilder på skelett från dessa djurgrupper. Förklara hur extremiteterna kan få så olika utseende genom att till exempel gener inaktiveras.

Familjen av homeobox gener (Hox) innehåller uppskattningsvis 235 funktionella gener och 65 pseudogener. Exempel på gener i denna familj är: ALX4, ARX, HOXA13, HOXB13, OTX2, PAX3, PAX6, POU3F4, SHOX, SIX3, DLX3

Pax3 (paired box gene 3) är namnet på en gen som kodar för en transkriptionsfaktor som har stor betydelse för utvecklingen av ett embryo. Via databasen Ensembl.org kan man visa hur släktträdet för exempelvis genen Pax3 ser ut och därmed få en ökad förståelse för hur viktiga generna som styr embryoutvecklingen är, samt för hur de har evolverat.

  • På sidan Ensembl.org, sök på Pax3 + human, på nästa sida väljs länken Gene tree t.v. Klicka därefter på länken ENSGT00940000156504 (Human GeneTree) och ett släktträd kommer upp. Länken Gene gain/loss tree till vänster ger en bild på släktträd med små bilder på organismerna. Ge några exempel på arter som enligt släktträdet för Pax3 är nära släkt. Hur stämmer det med den vedertagna uppfattningen om hur nära dessa organismer är släkt?

Nobelpris i fysiologi eller medicin

Nobelprisen i fysiologi eller medicin åren 1995, 2002 och 2010 belönar forskning inom embryologi. Läs om upptäckterna och fundera över frågor som knyter an till forskning om:

  • gener som styr utvecklingen i bananflugeembryon­ såväl som i mänskliga embryon.
  • hur enskilda celler utvecklas hos nematoden Caenorhabditis elegans, med början i en befruktad äggcell tills en vuxen individ bildats.
  • metodiken vid provrörsbefruktning.

Diskutera etiska frågor

Några exempel på komplexa etiska frågor tas upp nedan. För att kunna ta ställning behövs goda grundkunskaper och inblick i olika intressenters argumentation.

  • Vid provrörsbefruktning kan man välja ut embryon med vissa egenskaper. Ska man kunna välja kön eller specifika egenskaper? Vilka genetiska avvikelser motiverar att man gör en provrörsbefruktning för att kunna välja ut embryon?
  • Att barnlösa par tar hjälp av surrogatmödrar för att få ett barn förekommer. Vilka etiska aspekter aktualiserar detta?
  • Vilka olika typer av stamceller finns och vilka egenskaper har de? Hur kan stamceller med olika mognadsgrad användas i medicinsk behandling? Hur kan man tänka kring genterapi på stamceller? Vilka etiska frågor är viktiga i sammanhanget? Se även artikeln Rollspel om stamceller i Bi-lagan nummer 3 2013.
  • Bör man tillåta redigering av genomet i ett tidigt embryo, vilket innebär att förändringarna ärvs av kommande generationer? I de flesta länder finns lagstiftning som ska förhindra att detta sker. En forskare i Kina har under 2018 ändrat en gen i ett mänskligt embryo och barnet har fötts utan ännu så länge märkbara skador. Dock har man inte ännu kunnat belägga att försöket i realiteten utförts. Kinesiska myndigheter har temporärt stoppat forskning som kan leda till att barn som genmodifierats föds, där genmodifieringarna kan ärvas till kommande generationer.