MODUL PERKEMBANGAN HEWAN - bioearthworm

MODUL PERKEMBANGAN HEWAN : FERTILISASI
Oleh Siti Pramitha Retno Wardhani, S.Si
Tahapan-tahapan utama perkembangan hewan:
1. Fertitisasi
2. Cleavage
3. Gastrulasi
4. Organogenesis
__________________________________________________________________
Fertilisasi




Fertilisasi adalah penyatuan kumpulan kromosom haploid dari dua
individu menjadi sebuah sel diploid tunggal yaitu zigot.
Fertilisasi juga memiliki fungsi mengaktifkan sel telur, menyatukan
nukleus sperma dan nukleus sel telur.
Sperma dan sel telur yang menyatu selama fertilisasi atau pembuahan
disebut gamet, prosesnya dikenal dengan gametogenesis.
Model umum yang terbaik untuk menjelaskan fertilisasi adalah bulu babi
atau sea urchin dari filum echinodermata.
Sample: Fertilisasi Bulu Babi
Keterangan gambar :
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 1
1. Sel bulu babi difertilisasi secara eksternal setelah hewan itu membebaskan
gametnya ke dalam air laut di sekitarnya.
2. Ketika sel sperma terpapar ke molekul dari lapisan jeli pembungkus yang
mengelilingi sebuah sel telur yang secara perlahan-lahan melarut.
3. Vesikula yang disebut akrosom pada ujung sperma mengeluarkan isinya
secara eksositosis.
4. Reaksi Akrosomal ini melepaskan enzim-enzim hidrolitik yang membuat
struktur yang memanjang yang disebut penjuluran akrosomal.
*Proses penjuluran akrosomal mampu menembus lapisan jeli sel telur
tersebut.
5. Ujung penjuluran akrosomal itu dilapisi oleh protein yang menempel ke
molekul reseptor spesifik yang berada di lapisan vitelin di luar membran
plasma sel telur tersebut.
6. Proses pengenalan molekul sel sperma dengan sel telur di kenal dengan istilah
proses "kunci dan anak kunci".
 Proses ini menjamin bahwa sel telur hanya akan dibuahi oleh sperma dari
spesies yang sama.
 Spesifisitas ini sangat penting untuk fertilisasi ekternal dalam air, dimana
gamet spesies lain mungkin ada di sana.
7. Reaksi akrosomal menyebabkan penyatuan membran plasma sel sperma dan
sel telur dan masuknya satu nukleus sperma ke dalam sitoplasma sel telur itu.
8. Proses penyatuan membran ini dikenal dengan nama "depolarisasi membran".
 Penyatuan membran menimbulkan respon listrik yang mirip neuron oleh
membran plasma sel telur tersebut.
 Pada saat itu saluran ion membuka,sehingga ion natrium dapat mengalir ke
dalam sel telur dan mengubah potensial (voltase) membran.
 Proses depolarisasi membran terjadi dalam tempo 1-3 detik setelah sperma
berikatan dengan lapisan vitelin.
 Depolarisasi dikenal sebagai pemblokiran cepat terhadap polispermia
karena proses ini mencegah lebih dari satu sel sperma yang menyatu
dengan membran plasma sel telur.
 Tanpa pemblokiran, dapat terjadi fertilisasi ganda yang mengakibatkan
kelainan jumlah kromosom dan mitosis abnormal.
9. Reaksi Kortikal merupakan penyatuan sperma dengan sel telur memicu suatu
jalur transduksi sinyal yang menyebabkan retikulum endoplasma sel telur
membebaskan kalsium ke dalam sitosol.
*Pembebasan kalsium dari retikulum endoplasma ini dimulai pada tempat
masuknya sperma dan menjalar dalam bentuk gelombang di seluruh sel telur
yang dibuahi tersebut.
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 2
10. Respon terhadap peningkatan kalsium, granula kortikal menyatu dengan
membran plasma dan membebaskan isinya ke dalam ruangan perivitelin dan
membebaskan isinya ke dalam ruangan perivitelin antara membran plasma
dan lapisan vitelin.
11. Enzim-enzim dari granula itu memisahkan lapisan vitelin dari membran
plasma sementara mukopolisakarida menghasilkan gradien osmotik, yang
menarik air ke dalam ruang perivitelin dan membengkakkan ruangan tersebut.
12. Pembengkakan itu mendorong lapisan vitelin menjauhi membran plasma, dan
enzim lain mengeraskan lapisan itu.
 Hasilnya adalah lapisan vitelin menjadi membran fertilisasi, yang
menahan masuknya sperma tambahan.
 Proses ini umumnya terjadi sekitar satu menit setelah sperma dan sel telur
menyatu, dan voltase yang mengalir di sepanjang membran plasma telah
kembali normal.
13. Aktivasi sel telur terjadi saat peningkatan tajam konsentrasi kalsium dalam
sitosol.
 Sel telur yang belum difertilisasi mempunyai metabolisme yang sangat
lambat, tetapi setelah fertilisasi beberapa menit setelah fertilisasi, laju
respirasi seluler dan sintesis protein meningkat sangat besar.
 Perubahan besar ini, sel telur itu disebut diaktifkan.
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 3
MODUL PERKEMBANGAN HEWAN : PRA-CLEAVAGE
Oleh Siti Pramitha Retno Wardhani, S.Si
Pra-Cleavage
(Pengaturan kembali sitoplama sel telur katak yang terjadi pada waktu fertilisasi)
Keterangan warna gambar:
1. Belahan "animal" sel telur, yang akan menjadi ujung anterior embrio katak
berwarna abu-abu gelap karena mengandung melanin dalam sitoplasma
bagian luar (korteks).
2. Belahan "vegetal" berwarna kuning karena mengandung kuning telur.
 Pada fertilisasi, korteks berpigmen menggelincir di atas sitoplasma
menuju titik masuknya sperma, dan membuka daerah sitoplasma yang
berwarna lebih terang.
 Daerah yang terbuka itu, dikenal grey crescent atau sabit abu-abu,
yang terletak berseberangan dengan titik masuknya sperma.
 Pembelahan pertama membelah sabit menjadi dua.
 Sabit tersebut menandai lokasi sisi dorsal embrio yang akan terbentuk.
Dengan demikian, semua ketiga sumbu embrio sudah tersusun sebelum zigot
mulai membelah.
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 4
Tahapan Pra-Cleavage :
1. Membran plasma dan korteks berotasi menuju titik masuknya sperma, yang
kemungkinan sentrosom yang dibawa ke dalam sel telur oleh sel sperma
mengorganisasi ulang sitoskeleton.
2. Rotasi itu membuka suatu daerah abu-abu muda pada sitoplasma, yaitu pita
sempit dan tipis yang disebut sabit abu-abu (grey crescent).
3. Sabit abu-abu terletak di dekat ekuator sel telur pada sisi berseberangan
dengan titik masuknya sperma, dan merupakan penanda awal yang penting
dari polaritas.
4. Kuning telur yang terkonsentrasi dekat kutub vegetal sel telur, menghalangi
pembelahan sel.
5. Pembelahan zigot katak terjadi lebih cepat pada belahan animal dibandingkan
dengan pada belahan vegetal, sehingga menghasilkan suatu embrio dengan
sel-sel berukuran berbeda-beda.
 Selama pembelahan sel telur dengan polaritas yang jelas, sumbu
pembelahan mengikuti pola spesifik yang relatif terhadap kutub zigot itu.
 Polaritas itu ditentukan oleh zat-zat yang tersebar secara heterogen dalam
sitoplasma sel telur, seperti mRNA, protein, dan kuning telur (yolk,
cadangan nutrien dalam sel telur).
 Pada katak, persebaran kuning telur paling terkonsentrasi pada satu kutub
sel telur itu, yang disebut sebagai kutub vegetal (vegetal pole).
 Sementara kutub lawannya, kutub animal (animal pole), mempunyai
konsentrasi kuning telur terendah dan merupakan tempat di mana badan
polar meiosis menguncup dan terlepas dari sel, dan menandai titik di mana
ujung anterior (kepala) embrio akan terbentuk.
 Pemantapan sumbu tubuh dan sumbu pembelahan pertama pada katak.
Fertilisasi diikuti oleh tiga tahapan berurutan yang mulai membangun tubuh
hewan tersebut:
1. Cleavage
Pembelahan jenis khusus, menciptakan embrio multiseluler, blastula dari
zigot.
2. Gastrulasi
Menghasilkan embrio berlapis tiga yang disebut gastrula.
3. Organogenesis
Membangkitkan organ rudimenter yang akan tumbuh menjadi struktur
dewasa
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 5
MODUL PERKEMBANGAN HEWAN : CLEAVAGE
Oleh Siti Pramitha Retno Wardhani, S.Si
Cleavage (pembelahan)
~ suksesi pembelahan sel secara cepat yang terjadi setelah fertilisasi.
Sample : Katak
Tahap-tahap setelah fertilisasi:
1. Cleavage dimulai dari mengubah zigot, sebuah sel yang besar.
 Selama fase pembelahan sel-sel mengalami fase S (sintesis DNA) dan
fase M (mitosis) siklus sel, tetapi sering melewati fase G (embrio tidak
membesar selama perkembangan itu).
2. Zigot yang sebuah sitoplasma sel besar mengalami perubahan menjadi
bola sel-sel yang jauh lebih kecil, yang disebut "blastomer", masingmasing dengan nukleusnya sendiri.
 Dengan demikian, daerah sitoplasma yang berbeda yang ada pada sel
telur yang belum membelah akan berakhir menjadi blastomer yang
terpisah.
 Dan karena daerah itu mengandung komponen sitoplasmik yang
berbeda, partisi atau pembagian itu mempersiapkan perkembangan
berikutnya.
3. Pembelahan pertama yaitu tahapan dua sel, terjadi setelah fertilisasi
(membran fertilisasi masih ada pada tahap ini).
4. Pembelahan kedua (equal), tahapan empat sel.
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 6
5. Pembelahan ketiga, tahapan lima sampai delapan sel.
 Pada pembelahan ketiga tegak lurus dengan sumbu kutub namun
tergeser menuju kutub animal oleh adanya kuning telur.
 Dengan demikian, pada embrio bersel delapan yang dipandang dari
kutub animal (bagian atas) tersebut, keempat blastomer yang dekat
dengan kutub animal lebih kecil dibandingkan dengan keempat
blastomer yang berada berdekatan dengan kutub vegetal.
6. Tahapan pembelahan 16-64 sel terjadi dalam tempo beberapa jam,
pembelahan secara berulang telah membentuk sebuah bola multiseluler
yang disebut morula.
7. Tahapan pembelahan embrio dengan 128 sel disebut sebagai blastula.
8. Blastula katak yang sudah terbentuk mengandung blastocoel yang
dikelilingi oleh beberapa lapisan sel dan berada di belahan animal.
 Embrio masih tetap tertahan di dalam membran fertilisasi, dan larva
yang berkembang dari embrio akhirnya akan menetas keluar dari
membran tersebut.
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 7
MODUL PERKEMBANGAN HEWAN : GASTRULASI
Oleh Siti Pramitha Retno Wardhani, S.Si
Gastrulasi
 Gastrulasi adalah proses morfogenetik yang mengatur sel-sel blastula secara
dramatis.
 Hasil gastrulasi adalah beberapa sel pada atau dekat permukaan blastula
berpindah ke lokasi baru yang lebih dalam.
 Hal ini akan mentransformasi blastula menjadi embrio berlapis tiga yang
disebut gastrula.
 Ketiga lapisan yang dihasilkan oleh gastrulasi itu adalah jaringan embrio yang
disebut ektoderm,endoderm,dan mesoderm, yang secara kolektif disebut
lapisan germinal embrio.
 Ektoderm membentuk lapisan luar gastrula.
 Endoderm melapisi saluran pencernaan embrio.
 Mesoderm mengisi sebagian ruangan di antara ektoderm dan endoderm.
Akhirnya, ketiga lapisan sel tersebut berkembang menjadi semua bagian tubuh
hewan dewasa.
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 8
Tahapan Gastrulasi:
1. Proses Invaginasi adalah sebuah proses, sel-sel yang tertinggal memipih
sedikit untuk membentuk lempeng vegetal yang melengkung ke arah dalam.
2. Pembentukan Arkenteron atau perut primitif adalah lempeng vegetal yang
melengkung, lempeng itu kemudian mengalami pengaturan kembali sel-selnya
secara ekstensif atau mengubah bentuk atau mentransformasikan invaginasi
dangkal itu menjadi kantung yang lebih dalam dan lebih sempit.
3. Terbentuknya blastopori pada ujung terbuka arkanteron,yang akan menjadi
anus.
Gastrulasi pada embrio katak.
1. Blastocoel blastula katak tidak ada persis di tengah dan di kelilingi oleh
dinding yang tebalnya lebih dari sel.
2. Gastrulasi dimulai ketika sebuah lipatan kecil, yaitu bibir dorsal blastopori
muncul pada satu sisi blastula.
 Lipatan itu dibentuk oleh sel-sel yang mengalami invaginasi ke arah dalam
dari permukaan.
 Tambahan sel-sel yang menjadi endoderm dan mesoderm kemudian
menggulung ke arah dalam (involusi) di atas bibir dorsal dan berpindah
menjauh dari blastopori dan menuju ke dalam bagian interior gastrula.
 Sementara itu,sel-sel kutub animal, yang akan membentuk ektoderm,
menyebar di seluruh permukaan luar embrio.
3. Secara external, bibir blastopori mulai menjadi sirkuler.
4. Secara internal, ketiga lapisan germinal mulai terbentuk, sementara sel-sel
terus berpindah ke arah dalam.
 Endoderm, mesoderm dan arkanteron yang semakin melebar dan
berkembang yang dilapisi oleh endoderm terus memenuhi ruangan yang
ditempati oleh blastocoel.
5. Pada akhir gastrulasi, blastopori sirkuler mengelilingi sumbat sel-sel kuning
telur.
 Ketiga lapisan germinal itu sekarang berada di posisi yang seharusnya siap
untuk melakukan organogenesis.
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 9
MODUL PERKEMBANGAN HEWAN : ORGANOGENESIS
Oleh Siti Pramitha Retno Wardhani, S.Si
Organogenesis
 Organogenesis adalah proses pembentukan organ pada hewan.
 Tahapan organogenesis adalah tiga jenis perubahan morfogenetik yaitu
pelipatan, pemisahan, dan pengelompokan padat /kondensasi sel-sel.
Organogenesis pada embrio katak
1. Pembentukan notocord dari mesoderm dorsal yang berkondensasi persis di
atas arkenteron, dan tabung neuron berawal sebagai lempengan ektoderm
dorsal persis di atas notokord yang sedang berkembang itu.
2. Setelah notokord terbentuk, lempeng neuron melipat ke arah dalam, dan
menggulung diri menjadi tabung neuron yang akan menjadi sistem saraf
pusat, otak, dan sum-sum tulang belakang.
3. Notokord memanjangkan dan merengangkan embrio di sepanjang sumbu
anterior posteriornya. Kemudian, notokord akan berfungsi sebagai pusat
dan disekitarnya akan ada sel-sel mesodermal yang akan berkumpul
membentuk vertebra.
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 10
4. Kondensasi lain terjadi pada potongan memanjang mesoderm yang
terletak lateral terhadap notokord, yang memisah menjadi blok-blok yang
disebut somit.
5. Selama organogenesis berlangsung, morfogenesis dan difrensiasi seluler
terus memperbaiki organ-organ yang terbentuk dari ketiga lapisan
germinal embrionik itu.
Nb:
 Pada embrio vertebrata terdapat pita sel-sel yang disebut pial neuron
(neural crest) yang berkembang di sepanjang perbatasan di mana tabung
neuron lepas dari ektoderm.
 Sel-sel pial neuron selanjutnya bermigrasi ke berbagai bagian embrio, dan
membentuk sel-sel pigmen kulit, beberapa tulang,dan otot
tengkorak,geligi,medula kelenjar adrenal dan komponen periferal saraf,
seperti ganglia sensoris dan simpatis.
www.bioearthworm.wordpress.com
Page 11