תא אחד, ואז רבים
חיים של אדם מתחילים מתא אחד: ביצית שקוטרה כעשירית מילימטר, שמופרית בידי זרע בחצוצרה שמובילה לרחם. הביצית המופרית, או הזיגוטה, יושבת בתוך מעטפת שקופה וקשיחה שנקראת זונה פלוצידה. בשעות הראשונות יש בה שני גרעינים קטנים, אחד מהביצית ואחד מהזרע, ובכל אחד מהם מערכת אחת של כרומוזומים.
כיום אחרי ההפריה היא מתחלקת לשניים, אחר כך לארבעה ואז לשמונה, בכל פעם בחלוקת תאים רגילה. החלוקות הראשונות האלה נקראות חלוקות ביקוע, ויש בהן דבר אחד יוצא דופן: התאים לא גדלים בין חלוקה לחלוקה. כל חלוקה חוצה את התאים לשניים, ולכן אחרי ארבעה ימים של חלוקות העובר לא גדול מהביצית שממנה התחיל. ביום 4 הוא כדור הדוק של 16 עד 32 תאים, המורולה, שנקראת על שם המילה הלטינית לתות.
נסו: הזיזו את זמן מההפריה מביצית מופרית אל מורולה. סרגל קנה המידה נשאר על 0.05 mm, בזמן שהתאים מתפצלים לחתיכות קטנות יותר ויותר.
התאים של הימים הראשונים האלה הם טוטיפוטנטיים: כל אחד מהם עדיין יכול ליצור כל חלק של ההיריון, גם את הגוף וגם את השליה. לכן עובר מוקדם שמתפצל לשניים יכול לגדול לתאומים זהים, שני אנשים עם אותו DNA.
כדור חלול
בימים 4 ו־5 התאים עושים את הבחירה הראשונה שלהם. התאים שבחוץ משתטחים למעטפת דקה ושואבים נוזל פנימה, וכך נפתח חלל; התאים שנשארו בפנים מתקבצים בצד אחד. עכשיו העובר הוא בלסטוציסט: כדור חלול של כמאה תאים, שקוטרו כחמישית מילימטר.
המעטפת החיצונית היא הטרופובלסט, והיא תבנה את השליה, לעולם לא את התינוק. הגוש שבפנים, מסת התאים הפנימית, יוצר את כל הגוף. התאים שלו פלוריפוטנטיים: כל אחד מהם עדיין יכול להפוך לכל סוג של תא בגוף, אבל כבר לא לשליה. בסביבות יום 6 הבלסטוציסט נדחק החוצה מהמעטפת שלו, וביום 7 הוא מתחיל לשקוע לתוך רירית הרחם. זו ההשרשה.
נסו: לחצו על בלסטוציסט ובחרו חתוך, לפי גורל תחת חיתוך. החתך מראה שהכדור חלול, עם תאים בטורקיז מסביב ותאים בסגול בפנים. הזיזו את זמן מההפריה הלאה לעבר יום 7, והתאים הסגולים שפונים לחלל הופכים לכתומים: הם יצפו את שק החלמון.
שלוש שכבות
בשבוע השני מסת התאים הפנימית משתטחת לדסקית של שתי שכבות. השכבה העליונה, האפיבלסט, יוצרת את כל הגוף. השכבה התחתונה, ההיפובלסט, מצפה בועה שמתחת לדסקית שנקראת שק החלמון; בועה שנייה, שק השפיר, נוצרת מעליה, ויום אחד יחזיק בנוזל שלו את התינוק.
בסביבות יום 15 מופיע חריץ לאורך האמצע של האפיבלסט: הפס הקדמון. הוא מסמן איפה יהיו הראש והזנב, ואיזה צד יהיה שמאל ואיזה ימין. תאי האפיבלסט נדחקים אליו ונכנסים דרכו פנימה. חלקם מתפשטים בין שתי השכבות והופכים למזודרם; אחרים דוחקים החוצה את ההיפובלסט והופכים לאנדודרם. התאים שנשארים למעלה הם האקטודרם. העיצוב מחדש הזה לשלוש שכבות נבט נקרא גסטרולציה, ומעכשיו כל שכבה יכולה ליצור רק את משפחת התאים שלה. תאים שיכולים ליצור כמה סוגים קרובים, אבל לא את כולם, נקראים מולטיפוטנטיים.
| שכבת נבט | היא יוצרת, בין השאר |
|---|---|
| אקטודרם | עור ושיער, המוח, חוט השדרה והעצבים, עדשת העין |
| מזודרם | שריר, עצם, סחוס, הלב, הדם וכלי הדם, הכליות |
| אנדודרם | רירית המעי והריאות, הכבד, הלבלב |
נסו: לחצו על שלוש שכבות וחתכו. האקטודרם הכחול נמצא למעלה, שכבה אדומה של מזודרם מתפשטת מהפס, ואנדודרם צהוב מחליף מתחת את ההיפובלסט הכתום. התאים הקטנים שנעים בין השכבות נכנסים פנימה דרך הפס.
מדסקית לגוף
בשבוע השלישי והרביעי הדסקית השטוחה הופכת לגוף. לאורך קו האמצע שלה האקטודרם מתעבה ללוחית העצבית, ששוליה מתרוממים לשני רכסים ומתקפלים זה לעבר זה. הם נפגשים קודם בצוואר העתידי, בסביבות יום 22, ונסגרים כמו רוכסן לעבר שני הקצוות, וכך נוצר הצינור העצבי: הקצה הקדמי שלו יהפוך למוח, והשאר לחוט השדרה. קצה הראש נסגר בסביבות יום 25, וקצה הזנב יומיים אחר כך. אם חלק מהצינור לא נסגר, התינוק נולד עם מום בצינור העצבי, כמו עמוד שדרה שסוע; נטילת חומצה פולית לפני ההיריון ובתחילתו מפחיתה מאוד את המומים האלה.
לצד הצינור, המזודרם מתפרק לזוגות של גושים שנקראים סומיטים, הראשון בסביבות יום 20 ואחריו כשלושה ביום, מהראש לכיוון הזנב. הם יהפכו לחוליות, לשרירי הגב ולשכבה העמוקה של העור. צינור של מזודרם מתחת לראש הופך ללב, שמתחיל לפעום בסביבות יום 22, הרבה לפני שהעובר בגודל של גרגר אורז.
באותו זמן הדסקית כולה מתקפלת. השוליים שלה מתגלגלים מטה ונפגשים מתחת, כך שהאקטודרם עוטף את החוץ כעור, והאנדודרם מגולגל לצינור בפנים, המעי. גם הראש והזנב מתעקלים מטה, והלב מסתובב אל מתחת לראש. בגיל ארבעה שבועות העובר הוא גוף מקופל באורך של כ־4–5 mm, עם ראש גדול, רכסים בצוואר שייצרו את הלסת והגרון, לב בולט, זנב וניצנים קטנים שיגדלו לידיים ולרגליים.
נסו: לחצו על צינור עצבי וצפו בקפלים נסגרים כמו רוכסן באמצע, בזמן ששני הקצוות עדיין פתוחים. אחר כך המשיכו אל תוכנית גוף וחתכו: הצינור העצבי הכחול עובר לאורך הגב, המעי הצהוב לאורך החזית, והלב האדום יושב מתחת לראש.
איך תאים מתמיינים
כל תא בעובר נושא את אותו DNA. מה שמבדיל תא עצב מתא שריר הוא אילו גנים שלו פועלים, ולכן אילו חלבונים הוא מייצר (מ־DNA לחלבון). תא מחליט בכך שהוא מקשיב לשכנים שלו. מולקולות איתות מתפשטות מקבוצות של תאים, כמו אלה שבפס, ותא קורא כמה מכל אות מגיע אליו כדי לדעת איפה הוא נמצא. בתגובה הוא מפעיל גורמי שעתוק, חלבונים שמפעילים ומכבים גנים אחרים, ולעיתים קרובות משאירים את עצמם פועלים.
כל החלטה מצמצמת את הבאה. ביצית מופרית יכולה ליצור הכול; תא פנימי יכול ליצור כל חלק של הגוף; תא מזודרם רק שריר, עצם, דם וקרוביהם; ובסוף תא הוא ממוין, אחד מיותר מ־200 סוגים. ההחלטות הן ברובן חד־כיווניות ועוברות הלאה בכל חלוקה, ולכן תא עור מתחלק לתאי עור ולא לכבד. התרשים לצד הסצנה מראה את הצמצום הזה כאילן יוחסין, בצבעים שבהם הסצנה צובעת את התאים כשחותכים אותה.
תאי גזע
תא גזע הוא תא שיכול גם לשכפל את עצמו וגם ליצור תאים ממוינים יותר. התאים הפלוריפוטנטיים של מסת התאים הפנימית הם תאי הגזע הראשונים, והם מחזיקים בעובר רק כמה ימים. כשמגדלים אותם בצלחת הם הופכים לתאי גזע עובריים, שיכולים להתחלק בלי סוף ועדיין ליצור כל סוג של תא.
גם למבוגרים יש תאי גזע, אבל הם מולטיפוטנטיים: כל סוג מקיים רקמה אחת. תאי גזע במח העצם יוצרים כל סוג של תא דם, ולכן השתלת מח עצם יכולה לבנות מחדש את הדם של אדם עם לוקמיה; תאי גזע עמוק ברירית המעי מחליפים אותה כל כמה ימים, וכשהבקרות שלהם כושלות הם יכולים להוביל לסרטן. ב־2006 חוקרים גילו שהפעלה של ארבעה גנים יכולה להחזיר תא עור בוגר, קודם של עכבר ושנה אחר כך של אדם, למצב פלוריפוטנטי: תא גזע פלוריפוטנטי מושרה, תגלית שזכתה בפרס נובל ב־2012.
בתאי גזע משתמשים כדי לחקור איך מחלות מתפתחות וכדי לבדוק תרופות, והשתלות של תאי גזע של הדם הן טיפול שגרתי; טיפולים בתאים שגודלו מתאי גזע פלוריפוטנטיים, לעין, ללב או למוח, נבדקים בניסויים. מחקר בעוברים אנושיים מוסדר בקפדנות, ומדינות רבות מתירות אותו רק עד 14 ימים אחרי ההפריה, בערך כשמופיע הפס הקדמון וכשעובר כבר לא יכול להתפצל לתאומים.
מה המודל הזה משמיט
הסצנה עוקבת אחרי לוח זמנים אופייני של עובר אדם, מעוגל, וכל עובר מקדים או מאחר מעט. היא מציירת כל תא מוקדם, עד 256, שמתחלק בערך בזמן הנכון. מהשבוע השני היא מציירת את העובר כרקמה חלקה שמודפסים עליה תאים בגודל הנכון בערך, שמתכווצים על המסך ככל שהעובר גדל. היא משמיטה את המסע בחצוצרה לרחם, את הרחם עצמו, את השליה ואת הקרומים החיצוניים, את גבעול החיבור שהופך לחבל הטבור, ואת התאים שייצרו ביציות או זרעונים. שק השפיר מוצג רק כל עוד הדסקית שטוחה, אף שבמציאות הוא גדל ומקיף את כל העובר.
הצבעים מראים גורלות, לא משהו שמיקרוסקופ היה רואה, והגורלות פחות חדים ממה שהצבעים מרמזים: עתידו של תא נקבע בהדרגה, לפי האותות שסביבו, וחלק מהתאים שומרים יותר אפשרויות ממה שהשכבה שלהם מרמזת. הקיפול מפושט ליריעה שמתגלגלת ומתעקלת, והלב מצויר כצינור פשוט בצורת לולאה. על האופן שבו תא אחד מתחלק, ראו חלוקת תאים; על מה שיש בתוך כל תא, ראו תאים.