Ujian Akhir Perkembangan Hewan

PERKEMBANGAN HEWAN

OLEH :

SARI YULIANA SIHOMBING4133141072PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI

JURUSAN BIOLOGIFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS NEGERI MEDANMEDAN2015

PERKEMBANGAN HEWAN

Tahap-Tahap Dalam Perkembangan Awal Embrio Dari sel telur menjadi organisme, perkembangan bentuk hewan terjadi secara perlahan-lahan.Pertanyaan mengenai bagaimana sebuah sel telur menjadi seekor hewan telah dipertanyakan selama berabad-abad. Bahkan pada abad ke- 18, pandangan yang berlaku adalah bahwa sel telur atau sel sperma mengandung embrio yang sudah dibentuk sebelumnya. Perkembangan dianggap sebagai perbesaran embrio itu. Gagasan mengenai preformasi ini muncul untuk memasukkan anggapan bahwa embrio harus mengandung semua keturunannya (beberapa embrio berukuran lebih kecil yang secara berurutan berada di dalam embrio lain).Teori mengenai perkembangan embrionik yang menyaingi gagasan preformasi adalah epigenesis, yang aslinya telah diusulkan 2000 tahun sebelumnya oleh Aristoteles. Menurut teori ini, bentuk seekor hewan muncul secara perlahan-lahan dari sebuah sel telur yang relatif tanpa bentuk. Perkembangan setelah ditemukannya mikroskop, para ahli biologi melihat bahwa embrio terbentuk dalam serangkaian tahapan progresif, dan epigenesis menggantikan praformasi sebagai penjelasan yang lebih disukai oleh para ahli embriologi. Berarti, embrio tidak dibentuk sebelumnya dalam sebuah sel telur, melainkan berkembang melalui epigenesis, yaitu perolehan bentuk secara perlahan-lahan yang dipandu oleh gen. Fertilisasi mengaktifkan sel telur dan menyatukan nukleus sperma dan nukleus sel telur.Fungsi utama fertilisasi adalah untuk menyatukan kumpulan kromosom haploid dari dua individu menjadi sebuah sel diploid tunggal, yaitu zigot. Fungsi utama lain dari pembuahan adalah aktivasi sel telur : kontak sperma dengan permukaan sel telur mengawali reaksi metabolik di dalam sel telur yang memicu permulaan perkembangan embrio. Reaksi akrosomal terjadi ketika sperma bertemu dengan sel telur, membebaskan enzim hidrolitik yang mencerna semua zat yang menelilingi sel tersebut. Penyatuan gamet akan mendepolarisasi membran sel telur dan mengaktifkan pemblokiran cepat terhadap polispermia. Penyatuan sperma dengan sel telur juga mengawali reaksi kortikal, yang melibatkan suatu jalur transduksi sinyal dimana ion kalsium merangsang granula kortikal untuk membuat membran fertilisasi yang berfungsi sebagai pemblokiran lambat terhadap polispermia. Pada fertilisasi mamalia, reaksi kortikal mengeraskan zona pelusida sebagai pemblokiran lambat terhadap polispermia. Pembelahan (Cleavage) membagi-bagi zigot menjadi banyak sel yang lebih kecil.Fertilisasi diikuti oleh tiga tahapan berurutan yang mulai membangun tubuh hewan itu. Pertama, pembelahan sel jenis khusus, yang disebut sebagai pembelahan (cleavage), menciptakan embrio multiseluler, atau blastula, dari zigot. Tahapan kedua, gastrulasi, menghasilkan embrio berlapis tiga yang disebut sebagai gastrula. Tahapan ketiga, yang disebut dengan organogenesis, membangkitkan organ rudimenter yang akan tumbuh menjadi struktur dewasa.Pembelahan (cleavage) adalah suksesipembelahan sel secara cepat yang terjadi setelah fertilisasi. Selama pembelahan itu, sel-sel mengalami fase S (Sintesis DNA) dan fase M (mitosis ) siklus sel, tetapi seringkali hampir selalu melewatkan fase G1, dan G2. Embrio tidak membesar selama periode perkembangan ini. Pembelahan hanya membagi-bagi sitoplasma satu sel besar, yaitu zigot, menjadi banyak sel yang lebih kecil disebut blastomer, masing-masing dengan nukleus 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 bisa mengandung komponen sitoplasmik yang berbeda, partisi atau pembagian itu mempersiapkan peristiwa perkembangan berikutnya.Selama pembelahan, sumbu pembelahan mengikuti pola spesifik yang relatif terhadap kutub zigot. Pada banyak katak dan hewan lain,persebaran kuning telur merupakan faktor kunci dalam mempengaruhi pola pembelahan. 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. Belahan zigot dinamai menurut kutubnya masing-masing.Pembelahan secara terus-menerus menghasilkan sebuah bola sel padat yang dikenal dengan nama morula, bahasa Latin untuk mulberry mengacu ke permukaan berlobus pada embrio dalam tahapan ini. Di dalam morula terbentuk suatu ronnga yang penuh cairan disebut blastosel (blastocoel), dan menghasilkan perkembangan bola berlubang yang disebut blastula. Pembelahan holoblastik atau pembelahan keseluruhan sel telur terjadi pada spesies yang sel telurnya mempunyai kuning telur dalam jumlah sedang atau sedikit. Misalnya pada bulu babi yang mempunyai sedikit kuning telur dan katak dengan jumlah kuning telur sedang. Pembelahan meroblastik atau pembelahan sel telur secara tidak sempurna terjadi pada spesies yang sel telurnya kaya akan kuning telurnya. Misalnya, pada pembelahan sel telur burung, reptilia, banyak jenis ikan, dan serangga. Pada serangga, mengalami pembelahan meroblastik yang unik. Setelah fertilisasi, nukleus zigot berada di masa kuning telur. Pembelahan dimulai dengan nukleus yang mulai mengalami pembelahan mitosis yang tidak disertai oleh sitokinesis. Pembelahan mitosis ini menghasilkan beberapa ratus nukleus, yang berpindah ke ujung luar sel telur itu. Setelah beberapa kali mitosis lagi, membran plasma terbentuk di sekitar nukleus itu, dan embrio, sekarang disebut blastula, terdiri atas lapisan tunggal sebanyak kurang lebih 600 sel yang mengelilingi masa kuning telur. Gastrulasi mengatur kembali blastula untuk membentuk sebuah embrio berlapis tiga dengan perut primitif.Gastrulasi pengaturan kembali sel-sel blastula secara dramatis. Hasil penting gastrulasi adalah bahwa 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. Gastrula selanjutnya akan dua lapisan, yaitu endoderm (bagian dalam) dan ektoderm (bagian luar). Lapisan yang berada diantara ektoderm dan endoderm disebut mesoderm. Akhirnya, ketiga lapisan sel tersebut berkembang menjadi semua bagian tubuh hewan dewasa.

Pada Organogenesis, organ tubuh hewan terbentuk dari tiga lapisan germinal embrio.Beberapa daerah pada tiga lapisan germinal berkembang menjadi rudimen dari organ-organ selama proses organogenesis. Sementara organogenesis berlangsung, morfogenesis dan diferensiasi seluler terus memperbaiki organ-organ yang terbentuk dari ketiga lapisan germinal embrionik itu. Berikut ini tabel yang memuat daftar sumber embrionik organ-organ dan jaringan utama pada katak dan vertebrata lain.Turunan Ketiga Lapisan Germinal Embrio Pada Vertebrata

NoLapisan GerminalOrgan Dan Jaringan Pada Hewan Dewasa

1EktodermEpidermis kulit dan turunannya (misalnya, kelenjar kulit, kuku), lapisan epitel mulut dan dubur, kornea dan lensa mata, sistem saraf, medula adrenal, enamel gigi, dan epitel pineal dan kelenjar hipofisis.

2EndodermEpitelium yang melapisi saluran pencernaan (kecuali mulut dan rektum), ), sistem pernapasan, pankreas, tiroid, parathyroids, timus, uretra, kandung kemih, dan sistem reproduksi.

3MesodermNotochord, sistem rangka dan otot, sistem peredaran darah dan limfatik, sistem ekskresi, sistem reproduksi (kecuali sel germinal), dermis kulit, selaput rongga tubuh, dan adrenal lapisan luar.

Embrio amniota berkembang dalam kantung penuh cairan di dalam cangkang atau uterus.Semua embrio vertebrata memerlukan lingkungan berair untuk perkembangannya. Pada kasus ikan dan amfibia, sel telur tidak memerlukan perlindungan khusus oleh suatu badan air. Vertebrata yang berpindah ke darat perlu penyelesaian atas permasalahan reproduksi dilingkungan yang kering dan dua penyelesaian utama telah dievolusikan : sel telur bercangkang pada reptilia dan burung, dan uterus pada mamalia berplasenta. Di dalam cangkang atau uterus, embrio burung, reptilia, dan mamalia dikelilingi oleh cairan yang berada di dalam kantung yang terbentuk oleh membran yang disebut amnion. Pembelahan meroblastik pada sel telur burung dan reptilia yang kaya kuning telur dan yang bercangkang hanya terbatas pada cakram kecil sitoplasma pada kutub animal. Tudung sel yang disebut blastodisk membentuk dan memulai gastrulasi dengan pembentukan primitive streak. Selain membentuk embrio, ketiga lapisan germinal itu menjadi keempat membran ekstraembrionik: kantung kuning telur, amnion, korion, dan alantois. Sel-sel kantung kuning telur berfungsi untuk memberikan nutrisi untuk embrio. Amnion yang membungkus embrio dalam cairan ketuban memiliki fungsi untuk melindungi embrio dari kekeringan Korion juga memiliki fungsi sebagai bantal embrio terhadap resiko guncangan mekanik dan bekerja sama dengan allantois untuk mengatur pertukaran gas antara embrio dan udara disekitarnya Sedangkan allantois sebagai kantung pembuangan untuk asam urat dan memiliki fungsi yang sama dengan chorion sebagai organ pernapasan. Pengembangan mamalia memiliki beberapa fitur unik.Sel telur dari mamalia kebanyakan berukuran kecil dan menyimpan sedikit makanan. Setelah fertilisasi dan pembelahan awal di oviduk, blastosista itu mengalami implantasi di uterus. Trofoblas epitel luar blastokista, mengeluarkan enzim yang memecah endometrium untuk memfasilitasi implantasi blastokista. Pada saat implantasi, massa sel dalam bentuk disk datar dengan lapisan atas sel-sel disebut epiblast dan lapisan bawah hypoblast. Dibandingkan dengan burung, embrio manusia berkembang hampir seluruhnya dari epiblast tersebut. Proses implantasi selesai, dan gastrulasi dimulai. Sel bergerak ke dalam dari epiblast melalui beruntun primitif untuk membentuk mesoderm dan endoderm. Pada saat yang sama, membran ekstra embrionik berkembang. Membran embrio mamalia yang homolog dengan manusia, burung dan mamalia lainnya yaitu : korion yang mengelilingi embrio dan selaput embrio lainnya memiliki fungsi dalam pertukaran gas, amnion yang membungkus embrio dalam rongga cairan ketuban, dan yolk sac yang membungkus rongga lain berisi cairan dan tidak berwarna kuning. Membran keempat dari ekstra embrionik tersebut adalah allantois atau tali pusat, berfungsi membentuk pembuluh darah yang mengangkut oksigen dan nutrisi dari plasenta ke embrio dan menyingkirkan karbondioksida dan limbah nitrogen. Morfogenesis pada hewan melibatkan perubahan bentuk sel ; posisi sel ; dan adhesi sel yang spesifik.Morfogenesis merupakan aspek utama perkembangan hewan. Gerakan bagian dari sel dapat membawa perubahan bentuk sel. Ini juga dapat mengaktifkan sel untuk bermigrasi dari satu tempat ke tempat lain dalam embrio. Perubahan bentuk sel dan posisi sel yang terlibat dalam pembelahan, gastrulasi, dan organogenesis. Perubahan bentuk sel biasanya melibatkan reorganisasi sitoskeleton. Sitoskeleton ini juga mendorong terjadinya migrasi sel. Sel "merangkak" dalam embrio dengan memperluas serat sitoplasma untuk membentuk tonjolan seluler, yang mirip dengan gerakan amoeboid. Selama gastrulasi, invaginasi dimulai oleh wedging sel pada permukaan blastula, tetapi pergerakan sel dalam embrio melibatkan perpanjangan filopodia oleh sel-sel di tepi dari jaringan migrasi. Sel merangkak juga terlibat dalam ekstensi konvergen. Ekstensi konvergen merupakan tipe gerakan morfogenetik, di mana sel-sel dari lapisan jaringan mengatur ulang sendiri sehingga lembar konvergen meluas dan menyempit. Gerakan ekstensi konvergen melibatkan matriks ekstraselular (ECM), yaitu campuran glikoprotein yang disekresi di luar membran plasma. Adhesi sel molekul (CAMS), terletak pada permukaan sel dan mengikat CAMS pada sel lain. CAMS bervariasi dalam jumlah dan identitas kimia dalam berbagai jenis sel. Perbedaan ini membantu untuk mengatur gerakan morfogenetik dan jaringan pengikat. Cadherin juga terlibat dalam adhesi sel-sel, akan tetapi cadherin memerlukan kehadiran kalsium untuk menjalankan fungsi yang tepat. Nasib perkembangan sel bergantung pada determinan sitoplasmik dan induksi antarsel.Dua prinsip umum yang dapat mengintegrasikan pemahaman mengenai mekanisme genetic dan seluler yang mendasari diferensiasi selama perkembangan embrio, yaitu :a. Pada banyak spesies hewan (mamalia merupakan pengecualian utama), penyebaran determinan sitoplasmik yang heterogen pada sel telur yang belum terfertilisasi menyebabkan perbedaan regional pada embrio tahap awal..b. Berikutnya, dalam induksi, interaksi di antara sel-sel embrio itu sendiri menginduksikan perubahan dalam ekspresi gen. Interaksi ini akhirnya menghasilkan deferensiasi pada jenis sel-sel khusus yang menyusun hewan yang baru. Pemetaan nasib dapat mengungkapkan silsilah sel pada embrio cordata.Peta nasib embrio yang dibuat secara eksperimental menunjukkan bahwa daerah spesifik zigot atau blastula berkembang menjadi bagian spesifik embrio yang nantinya, meliputi :a. Pada sebagian besar hewan, sel pendiri awal tertentu membangkitkan jaringan spesifik dari jaringan yang lebih tua.b. Pada saat perkembangan berlangsung, potensi perkembangan sebuah sel menjadi terbatas. Sel telur sebagian besar vertebrata mempunyai determinan sitoplasmik yang menentukan sumbu tubuh dan perbedaan di antara sel-sel embrio tahap awal.Ketika deteminan sitoplasmik tersebar secara heterogen dalam sel telur, fungsinya adalah sebagai dasar untuk penentuan perbedaan di antara bagian-bagian sel telur itu, dan kemudian, penentuan perbedaan blastomer-blastomer yang dihasilkan dari pembelahan zigot. Sel-sel yang menerima determinan sitoplasmik yang berbeda mendapatkan nasib yang berbeda. Sinyal induktif menggerakkan diferensiasi dan pembentukan pola pada vertebrata.Setelah pembelahan sel embrio menciptakan sel yang berbeda satu sama lain, sel-sel mulai mempengaruhi nasib satu sama lain dengan induksi. Induksi melibatkan urutan langkah-langkah induktif yang semakin determinate pada nasib sel. Pada akhir gastrula katak, sel-sel ektoderm ditakdirkan untuk membentuk lensa mata dan menerima sinyal induktif dari sel ektodermal yang akan membentuk pelat saraf. Sinyal induktif memainkan peran utama dalam pembentukan pola dan pengembangan informasi spasial pada hewan. Pembentukan pola membutuhkan sel untuk menerima dan menafsirkan isyarat lingkungan yang sesuai dengan lokasi, melalui : isyarat yang akan memberitahu sel dimana mereka dapat mengembangkan organ, penyelenggara seperti ektoderm ridge apical (AER) dan zona aktivitas polarisasi (ZPA) yang berfungsi sebagai pusat sinyal dan EAR dan ZPA juga berinteraksi satu sama lain melalui molekul sinyal dan jalur sinyal, untuk mempengaruhi nasib perkembangan masing-masing. Sel menerima sinyal dari AER dan ZPA merespon sesuai dengan rangsangan mereka Sinyal pada perkembangan awal telah menyiapkan pola ekspresi gen yang membedakan anggota tubuh depan dan anggota tubuh belakang. Pembangunan hewan sepenuhnya terbentuk melibatkan urutan peristiwa yang mencakup banyak langkah dari sinyal dan diferensiasi. Asimetri sel awal memungkinkan berbagai jenis sel untuk mempengaruhi satu sama lain dan untuk mengekspresikan gen yang spesifik. Produk dari gen ini sel langsung berdiferensiasi menjadi tipe tertentu. Proses ini menghasilkan susunan yang kompleks dari beberapa jaringan dan organ, masing-masing memiliki fungsi untuk membentuk organisme yang terkoordinasi.

Penjelasan LiteraturPada jurnal yang berjudul Kajian In vitro Aktivitas Sel-Sel Trofoblas Blastosis Mencit Aging dan Pengaruhnya terhadap Kegagalan Implantasi dijelaskan bahwa pada tikus dan mencit tua terjadi penurunan fertilitas, jumlah dan kualitas embrio yang dihasilkan, kemampuan embrio untuk berkembang mencapai blastosis, serta kegagalan implantasi, bahkan tingkat kelahiran. Dalam perkembangannya, ada kalanya embrio praimplantasi mengalami gangguan, sehingga tidak semua embrio praimplantasi dapat mengalami hatching (menetas, keluar dari zona pellucida) dan implantasi yakni proses perlekatan dan infiltrasi, bahkan ada kalanya disertai invasi sel-sel trofoblas ke dalam selaput endometrium induk. Kegagalan ini menyebabkan embrio tidak dapat berkontak dengan endometrium sehingga implantasi dan kebuntingan tidak terjadi. Selain faktor usia tua (aging), adanya gangguan pada organel sel, seperti mitokondria yang memegang peranan penting didalam proses pembentukan energi dapat mempengaruhi terjadinya kegagalan hatching dan implantasi blastosis. Embrio tahap blastosis terdiri dari inner cell mass (ICM) yang akan menjadi fetus, sedangkan blastosul serta lapisan epitel paling luar yang disebut trofoblas akan berperan dalam proses implantasi dan akan menjadi selaput ekstraembrionik. Setelah blastosis mengalami hatching, sel-sel trofoblas akan mengalami proliferasi (pertumbuhan) dan berdiferensiasi menjadi berbagai tipe sel.Selama perkembangan embrio praimplantasi dari zigot sampai mencapai blastosis, terjadi peningkatan aktivitas metabolisme serta kebutuhan energi. Prosespembentukan energi sangat berhubungan erat dengan aktivitas mitokondria sebagai organel pembangkit energi di dalam, sehingga gangguan atau rusaknya mitokondria dapat mempengaruhi proses pembentukan energi yang sangat dibutuhkan dalam proses hatching dan implantasi blastosis. Didalam mitokondria pembentukan energi berupa adenosin trifosfat (ATP) terjadi melalui dua interaksi siklus metabolisme, yaitu siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidasi. Salah satu produk dari siklus asam sitrat adalah (NADH) yang berfungsi sebagai substratpada reaksi transduksi energi dalam sistem transpor elektron (RTE) atau fosforilasi oksidasi. Pelepasan energi NADH terjadi secara bertahap dengan melibatkan enzim-enzim antara lain NADH-CoQ reductase pada kompleks I. Akan tetapi pada mencit yang berumur tua terjadi penurunan aktivitas enzim pada kompleks I dan IV dari mitokondria.Hal ini menunjukkan bahwa faktor umur mempengaruhi kemampuan pertumbuhan sel-sel trofoblas yang berperan penting dalam proses implantasi embrio. Diameter outgrowth yang rendah pada kelompok umur tua menunjukkan kemampuan pertumbuhan sel-sel trofoblas yang rendah. Untuk dapat berinvasi ke dalam endometrium dan membentuk hubungan antara maternal dan fetus, sel- sel trofoblas perlu melakukan proliferasi (pertumbuhan). Karenanya kegagalan atau terhambatnya proses pertumbuhan dan invasi sel-sel trofoblas dapat mengakibatkan kegagalan implantasi. Proses pertumbuhan dan perkembangan juga membutuhkan energi yang tinggi yang dihasilkan oleh mitokondria.

.