Die Zygote, auch als befruchtete Eizelle bezeichnet, ist der erste Schritt im Prozess der geschlechtlichen Fortpflanzung. Sie entsteht durch die Verschmelzung zweier haploider Geschlechtszellen, der Gameten, meist einer Eizelle (weiblich) und eines Spermiums (männlich). Diese Vereinigung, bei der auch die Zellkerne miteinander verschmelzen (Karyogamie), wird als Befruchtung bezeichnet.
Eine Eizelle kann nur von einem einzigen Spermium befruchtet werden. Die Zygote enthält somit genau zwei Chromosomensätze - einen mütterlichen und einen väterlichen. Dieser doppelte Chromosomensatz ist entscheidend für die nachfolgenden mitotischen Teilungen im Verlauf der Embryonalentwicklung, die so harmonisch ablaufen können.
Entstehung und Entwicklung der Zygote
Bei Menschen und Säugetieren findet die Befruchtung und somit die Entstehung der Zygote im Eileiter statt. Die Zellkerne von Eizelle und Spermium vereinigen sich, wodurch die nukleäre DNA beider Elternteile zusammengeführt wird. Die mitochondriale DNA (mtDNA) stammt jedoch fast ausschließlich von der Eizelle, da das Mittelstück des Spermiums, welches die mtDNA enthält, in der Regel nicht in die Eizelle eindringt.
Die Zygote ist eine diploide eukaryotische Zelle. Aus ihr gehen bei den meisten Lebewesen durch vielfache mitotische Zellteilungen, auch Furchungsteilungen genannt, die ersten Embryonalstadien hervor. Diese Teilungen führen zur Bildung von Tochterzellen, den sogenannten Blastomere. Nach etwa drei bis fünf Tagen erreicht die befruchtete Eizelle die Gebärmutter und beginnt sich dort weiter zu teilen.
Innerhalb der ersten Tage nach der Befruchtung durchläuft die Zygote mehrere Teilungen. So entsteht durch Abschnürung zunächst ein Zwei- und dann ein Vierzellstadium. Ab dem 16-Zell-Stadium spricht man von der Morula, die aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit einer Maulbeere so benannt wird. Während dieser Entwicklung wandert die befruchtete Eizelle durch den Eileiter in Richtung Gebärmutter.
Nach etwa sechs Tagen nistet sich die sich weiterentwickelnde Zygote, nun als Blastozyste bezeichnet, in der Gebärmutterschleimhaut ein. Die Wand der Blastozyste ist anfangs nur eine Zellschicht dick, an einer Stelle jedoch drei bis vier Zellen. Die inneren Zellen entwickeln sich zum Embryo, während die äußeren Zellen in die Gebärmutterschleimhaut einwachsen und zur Plazenta werden.
Die Rolle der Zygote in der Embryogenese
Die Zygote markiert den Beginn der Embryogenese, der Entwicklung des neuen Lebewesens. Sie beendet die zweite meiotische Teilung, die sie bereits vor der Befruchtung begonnen hat, und erst danach können die beiden Chromosomensätze zusammengeführt werden. Die anschließende Furchungsteilung führt zu einer Zellvermehrung, ohne dass die Gesamtgröße des Zellkomplexes zunächst zunimmt, da er von der Zona pellucida umgeben ist.
Aus der Blastozyste entwickeln sich die ersten Embryonalstadien. Die Einnistung in die Gebärmutterwand ist ab dem 9. oder 10. Tag abgeschlossen. Die Plazenta, die sich aus Teilen der Blastozyste und der Gebärmutterschleimhaut bildet, produziert Hormone, die die Schwangerschaft aufrechterhalten und die weitere Entwicklung steuern. Sie versorgt den Embryo zudem mit Sauerstoff und Nährstoffen.
Entwicklung zum Embryo und Fötus
Sobald sich die Fruchtblase gebildet hat (etwa am 10. bis 12. Tag), wird die Blastozyste als Embryo bezeichnet. Die Fruchtblase füllt sich mit Fruchtwasser und schützt den sich entwickelnden Embryo. In diesem Stadium entstehen die meisten inneren Organe und äußeren Körperstrukturen. Das Herz beginnt bereits nach etwa fünf Wochen zu pumpen.
Nahezu alle Organe sind bis zur 12. Gestationswoche vollständig ausgebildet, mit Ausnahme des Gehirns und des Rückenmarks, die sich während der gesamten Schwangerschaft weiterentwickeln. Während dieser sensiblen Phase ist der Embryo besonders anfällig für schädliche Einflüsse.
Um die 10. Schwangerschaftswoche beginnt das fötale Stadium. Die bereits gebildeten Organe und Systeme wachsen und entwickeln sich weiter. Um die 14. Schwangerschaftswoche kann das Geschlecht des Fötus mittels Ultraschall festgestellt werden. Zwischen der 16. und 20. Schwangerschaftswoche nehmen die meisten Frauen erstmals die Kindsbewegungen wahr.
Befruchtung bei verschiedenen Lebewesen
Die Art und Weise der Befruchtung variiert stark zwischen verschiedenen Organismen:
- Samenpflanzen: Die Zygote befindet sich in der Samenanlage. Sie entsteht, wenn ein Pollenkorn nach der Bestäubung einen Pollenschlauch bildet, der in die Samenanlage wächst und die Eizelle befruchtet. Aus der Zygote entwickelt sich der Embryo als Teil des Samens.
- Farne und Moose: Die Zygote entsteht in speziellen Geschlechtsorganen (Archegonium bei weiblichen, Antheridium bei männlichen). Die Keimzellen benötigen Wasser oder Wind zur Fortbewegung. Daraus geht die eigentliche Pflanze hervor.
- Pilze: Pilze bilden keine Gameten. Stattdessen verschmelzen Zellen der haploiden Myzelien zu zweikernigen Tochterzellen. Die Karyogamie und somit die Bildung von Zygoten findet erst in den Fruchtkörpern statt.
- Einzeller: Die meisten Einzeller pflanzen sich ungeschlechtlich fort und bilden keine Zygoten. Ausnahmen bilden einige Flagellaten.
Innere und äußere Befruchtung
Bei Tieren unterscheidet man zwischen:
- Äußere Befruchtung: Die Verschmelzung der Geschlechtszellen erfolgt außerhalb des Körpers, wie beispielsweise bei den meisten Fischen, die ihren Laich ins Wasser abgeben.
- Innere Befruchtung: Die Befruchtung findet im Körper des Weibchens statt. Dies ist der Fall bei allen Landwirbeltieren, einschließlich des Menschen, sowie bei vielen Insekten und Spinnentieren.
Bei einigen Lebewesen, wie Vögeln und Reptilien, findet die Befruchtung im Körper statt, die Zygote wird jedoch als Ei ausgeschieden.
Künstliche Befruchtungsmethoden
Bei unerfülltem Kinderwunsch kommen verschiedene Methoden der künstlichen Befruchtung (Assisted Reproduction Techniques) zum Einsatz:
Insemination
Die Insemination wird eingesetzt, wenn beispielsweise eine geringe Samenmenge oder -qualität beim Mann vorliegt oder bei bestimmten Fruchtbarkeitsstörungen der Frau. Dabei werden die Spermien direkt in die Gebärmutter (intrauterin), den Gebärmutterhals (intrazervikal) oder den Eileiter (intratubar) eingebracht. Man unterscheidet zwischen:
- Homologe Insemination: Verwendung des Samens des Ehemannes.
- Heterologe Insemination: Verwendung des Samens eines anonymen Spenders.
In-Vitro-Fertilisation (IVF)
Die In-Vitro-Fertilisation (IVF), auch bekannt als "Befruchtung im Reagenzglas", beinhaltet die Entnahme von Eizellen der Frau und deren anschließende Befruchtung mit Samenzellen des Partners im Labor. Vor der IVF erfolgt oft eine Hormonbehandlung zur Anregung der Eierstöcke, um mehrere befruchtungsfähige Eizellen zu gewinnen. Die Erfolgsrate liegt bei etwa 25 bis 30 Prozent.
Intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI)
Die Intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI) ist eine Weiterentwicklung der IVF. Hierbei wird eine einzelne Samenzelle direkt in die weibliche Eizelle injiziert. Diese Methode wird häufig bei stark eingeschränkter Spermienqualität angewendet. Die Schwangerschaftsrate liegt bei etwa 25 Prozent.
Es ist wichtig zu beachten, dass sowohl bei IVF als auch bei ICSI das Risiko von Fehlbildungen bei den Kindern im Vergleich zur natürlichen Empfängnis erhöht sein kann. Diese Risiken müssen werdende Eltern aufgeklärt werden.
Intratubarer Gametentransfer (GIFT)
Beim Intratubaren Gametentransfer (GIFT) werden Eizellen und Spermien der Frau und des Partners durch eine Bauchspiegelung entnommen und direkt in die Eileiter gespritzt, wo die Befruchtung auf natürlichem Wege stattfinden soll. Diese Methode wird heute seltener praktiziert, da ihre Erfolgsraten nicht höher sind als bei der IVF und die Risiken durch die Bauchspiegelung höher sind.
Genetische Aspekte der Befruchtung
Mit der Befruchtung steht auch das Geschlecht des Kindes fest. Alle Eizellen tragen ein X-Chromosom. Die Samenzellen verfügen entweder über ein X- oder ein Y-Chromosom. Trägt die Samenzelle ein X-Chromosom, entsteht ein Mädchen (XX). Befruchtet eine Samenzelle mit einem Y-Chromosom die Eizelle, entsteht ein männlicher Embryo (XY).
Die Verschmelzung der mütterlichen und väterlichen Chromosomen in der Zygote führt zu einer einzigartigen Kombination von Erbanlagen, die die Merkmale und Eigenschaften des neuen Lebewesens bestimmt. Die Zygote enthält 46 Chromosomen, was einem doppelten (diploiden) Chromosomensatz entspricht.
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