Döllenme, gametlerin (bir yumurta ve sperm) tam bir zigot oluşturmak için bir araya geldiği bir süreç olarak tanımlanır. Hem sperm hem de yumurta, son zigotta 46’yı oluşturmak için bir araya gelen 23 kromozomluk tek bir set içerir. Oluşan embriyonun yalnızca tek bir 46 kromozom setiyle sonuçlanmasını sağlamak için, yalnızca bir spermin tek bir yumurta ile birleşmesi gerekir.
Memeliler bağlamında, yumurta hücresi, esas olarak ‘zona pellucida’ adı verilen bir grup glikoproteinden oluşan hücre dışı bir matris tarafından korunur. Bir sperm hücresi zona pellucida tabakasına bağlanabildiğinde, bir dizi biyokimyasal olay meydana gelir: akrozomal reaksiyonlar. Plasentalı memeliler bağlamında, akrozom, yumurtayı çevreleyen hücre dışı matrisin parçalanmasını başlatmak için kullanılan ve böylece spermin hücre zarının yumurta ile kaynaşmasına izin veren sindirim enzimlerinden oluşur. Bu iki hücresel zarın birleşmesi, sperm hücresi çekirdeğinin yumurtanın merkezine aktarılabildiği bir açıklık oluşturur, burada hem sperm hem de yumurta hücrelerinin çekirdek zarları bozulmaya başlar ve iki haploid genom bir araya gelerek oluşur.
Doğum öncesi gelişim süreci üç ana aşamada gerçekleşir. Gebe kaldıktan sonraki ilk iki hafta germinal, üçüncü ila sekizinci hafta embriyonik dönem ve dokuzuncu haftadan doğuma kadar geçen süre fetal dönem olarak bilinir.
Germinal evre : Sperm ve yumurta hücresinin iki fallop tüpünden birinde birleşmesiyle başlar. Döllenmiş yumurtaya zigot denir. Gebe kaldıktan sadece birkaç saat sonra, tek hücreli zigot fallop tüpünden uterusa doğru bir yolculuk yapmaya başlar. Hücre bölünmesi, gebe kaldıktan yaklaşık 24 ila 36 saat sonra başlar. Mitoz süreci boyunca, zigot önce iki hücreye, sonra dört, sekiz, on altı vb. Olarak bölünür. Önemli sayıda zigot, hücre bölünmesinin bu erken bölümünü hiçbir zaman geçemez ve tüm zigotların yarısı iki haftadan daha kısa sürede hayatta kalır. Sekiz hücreli noktaya ulaşıldıktan sonra, hücreler farklılaşmaya başlar ve sonunda olacak hücrelerin türünü belirleyecek belirli özellikleri alır. Hücreler çoğaldıkça, iki farklı kütleye de ayrılırlar: dış hücreler sonunda plasenta olurken, iç hücreler embriyoyu oluşturur. Fallop tüpünden uterus duvarına yaklaşık bir hafta süren yolculuk sırasında hücre bölünmesi hızlı bir şekilde devam eder. Hücrelerin bu hızlı bölünmesi, ‘bölünme’ süreci olarak bilinir. Bölünmede içindeki bu hücrelerin her biri blastomer olarak adlandırılabilir. Blastomer (hücre) sayısı 16’ya ulaştığında zigot morula diye adlandırılır. Bölünme işlemi 100’den fazla hücre ürettikten sonra ise gelişen embriyoya blastula denir. Bu blastula tipik olarak sıvı dolu bir boşluğu çevreleyen blastoderm olarak bilinen küresel bir hücre tabakasıdır: blastocoel (blastosöl). Memeli embriyoları, bu aşamada blastosist adı verilen yeni bir yapı oluşturur ve bu, hücrelerdeki dış blastula bölgesinden açıkça farklı olan bir kütle ile karakterize edilebilir.
Blastosist rahime ulaşır ve implantasyon olarak bilinen bir işlem olan rahim duvarına bağlanır. İmplantasyon, hücreler rahim zarına yerleştiğinde ve küçük kan damarlarını yırttığında meydana gelir. Aralarında oluşan kan damarlarının ve zarların bağ dokusu, önümüzdeki dokuz ay boyunca gelişmekte olan varlık için besin sağlayacaktır. İmplantasyon her zaman otomatik ve kesin bir süreç değildir. İmplantasyon başarılı olduğunda, hormonal değişiklikler normal adet döngüsünü durdurur ve pek çok fiziksel değişikliğe neden olur.
Embriyonik Evre : Bu noktada, hücre kütlesi artık bir embriyo olarak bilinir. Gebe kaldıktan sonraki üçüncü haftanın başlangıcı, hücre kütlesinin bir insan olarak belirgin hale geldiği embriyonik dönemin başlangıcına işaret eder. İmplantasyondan sonra başlar ve gebelikten sekiz hafta sonrasına kadar sürer. İmplantasyondan hemen sonra, hücreler hızla bölünmeye devam eder ve hücrelerin kümeleri farklı işlevleri (farklılaşma olarak adlandırılır) almaya başlar. Bir süreç (gastrulasyon), blastula evresinden sonra, çok hücrelilerin hemen hepsinde görülen evredir. Gastrula, erken çok hücreli embriyo, daha sonra çeşitli organların türetildiği iki veya daha fazla germinal hücre katmanından (endoderm-mezoderm-ektoderm) oluşur. Blastopore, gastrula aşamasında bir embriyonun yüzeyindeki archenteronun ağız benzeri bir açıklıktır. Birçok hayvanda blastopor anüs haline gelir ancak bazılarında gastrulasyonun sonunda kapanır ve aynı bölgede veya yakınında tekrar ortaya çıkabilir. Blastopor, gastrulasyon sırasında archenteronun endoderm ve mezoderm hücrelerinin içe doğru hareketi ile oluşturulur. Bazen bu hareket eksiktir, böylece açık bir gözenek oluşmaz.
- Endoderm – ilkel çukurdan geçen ve hipoblast hücrelerinin yerini alan epiblast hücrelerinden oluşur. Sindirim ve solunum yollarının epitel kaplaması, üretra, mesane ve üreme sisteminin astarı, karaciğer ve pankreasdan sorumludur
- Mezoderm – ilkel çukurdan geçen ve epiblast tabakası ile yeni oluşturulan endoderm arasında yer alan epiblast hücrelerinden oluşur.. Kas-iskelet sistemi, mide, bağırsak vb. kas tabakası, kan dolaşım sisteminden sorumludur.
- Ektoderm – pozisyonda kalan epiblast hücrelerinden oluşur. Deri epidermisi, kornea ve göz merceği, sinir sisteminden sorumludur.
Embriyonik aşama, beynin gelişiminde önemli bir rol oynar. Gebe kaldıktan yaklaşık dört hafta sonra nöral tüp oluşur. Bu tüp daha sonra omurilik ve beyin dahil olmak üzere merkezi sinir sistemine dönüşecek. Nöral tüp, nöral plaka olarak bilinen bir alanla birlikte oluşmaya başlar. Nöral tüpün gelişiminin en erken belirtileri, nöral plakanın her iki yanında oluşan iki çıkıntının ortaya çıkmasıdır. Önümüzdeki birkaç gün içinde, içi boş bir tüp oluşana kadar daha fazla çıkıntı oluşur ve içe doğru katlanır. Bu tüp tamamen oluşturulduktan sonra, hücreler merkeze yakın bir yerde oluşmaya başlar. Tüp kapanmaya başlar ve beyin vezikülleri oluşur. Bu veziküller sonunda ön beyin, orta beyin ve arka beyin yapıları da dahil olmak üzere beynin bölümlerine dönüşecektir. Dördüncü hafta civarında baş oluşmaya başlar ve hemen ardından gözler, burun, kulaklar ve ağız gelir. Kalbe dönüşecek kan damarı ile nabız atmaya başlar. Beşinci hafta boyunca kolları ve bacakları oluşturacak tomurcuklar ortaya çıkar. Gelişimin sekizinci haftasında embriyo, cinsiyet organları dışındaki tüm temel organlara ve parçalara sahip olur. Bu noktada, embriyo sadece 1 gram ağırlığındadır ve yaklaşık 1 inç uzunluğundadır.
Embriyonik dönemin sonunda beynin ve merkezi sinir sisteminin temel yapıları oluşturulmuştur. Bu noktada periferik sinir sisteminin temel yapısı da tanımlanır. Nöronlar oluşurken beynin farklı bölgelerine göç ederler. Doğru konuma ulaştıklarında, diğer sinir hücreleriyle bağlantı kurmaya başlarlar ve temel sinir ağları kurarlar.
Fetal evre : Hücre farklılaşması çoğunlukla tamamlandığında, embriyo bir sonraki aşamaya girer ve fetüs olarak bilinir. Doğum öncesi gelişimin fetal dönemi beyinde daha önemli değişikliklere işaret eder. Bu gelişim dönemi dokuzuncu haftada başlar ve doğuma kadar sürer. Bu aşama inanılmaz bir değişim ve büyüme ile ilişkilendirilmiştir. Embriyonik aşamada kurulan erken vücut sistemleri ve yapıları gelişmeye devam eder. Nöral tüp beyne ve omuriliğe dönüşür ve nöronlar oluşmaya devam eder. Bu nöronlar oluştuktan sonra, doğru yerlerine göç etmeye başlarlar. Sinapslar veya nöronlar arasındaki bağlantılar da gelişmeye başlar. Dokuzuncu ve on ikinci gebelik haftası arasında (en erken) refleksler ortaya çıkmaya başlar. Fetüs kolları ve bacakları ile refleks hareketler yapmaya başlar.
Gebeliğin üçüncü ayında cinsiyet organları farklılaşmaya başlar. Ayın sonunda vücudun tüm kısımları oluşmuş olacaktır. Bu noktada, fetüs yaklaşık 90 gram ağırlığındadır. Fiziksel büyümenin çoğu hamileliğin sonraki aşamalarında meydana gelmesine rağmen, fetüs hem ağırlık hem de uzunluk olarak büyümeye devam eder. Üçüncü ayın sonu aynı zamanda gebeliğin ilk üç aylık döneminin de sonunu gösterir. İkinci üç aylık dönemde veya dördüncü ila altıncı aylarda kalp atışı güçlenir ve diğer vücut sistemleri daha da gelişir. Tırnak, saç, kirpik ve ayak tırnakları oluşur. Belki de en belirgin şekilde, fetüsün boyutu yaklaşık 6 kat büyür.
Peki, doğum öncesi gelişimin bu önemli döneminde beynin içinde neler oluyor? Beyin ve merkezi sinir sistemi de ikinci trimesterde (3 aylık dönem) daha duyarlı hale gelir. Yaklaşık 28 hafta boyunca beyin, uyuyan bir yenidoğana çok benzeyen bir aktivite ile daha hızlı olgunlaşmaya başlar. Yedi aydan doğuma kadar geçen süre boyunca fetüs gelişmeye, kilo almaya ve rahim dışındaki hayata hazırlanmaya devam eder. Akciğerler kasları nefes almaya hazırlayarak genişlemeye ve büzülmeye başlar.