胚

動物では、受精によって配偶子（卵子と精子など）の融合によって生じる単細胞である接合子が形成され、胚発生のプロセスが開始されます。^{[ 6 ]}接合子から多細胞胚への発生は、卵割期、胞胚期、原腸形成期、器官形成期に分けられる一連の認識可能な段階を経て進行します。^{[ 7 ]}

卵割とは、受精後に起こる急速な有糸分裂の期間のことです。卵割の間、胚の全体の大きさは変わりませんが、細胞の総数を増やすために分裂するにつれて、個々の細胞の大きさは急速に小さくなります。^{[ 8 ]}卵割の結果、胚盤胞が形成されます。^{[ 7 ]}

種によっては、胚盤胞または胚盤胞期の胚は、卵黄の上に細胞の球として現れることもあれば、中央の空洞を囲む細胞の球として現れることもある。^{[ 9 ]}胚の細胞は分裂を続け、数を増やしていく一方、RNAやタンパク質などの細胞内の分子は、遺伝子発現、細胞運命決定、極性などの重要な発生過程を積極的に促進する。^{[ 10 ]}子宮壁に着床する前の胚は、着床前胚または着床前概念と呼ばれることもある。^{[ 11 ]}時には、胚性幹細胞の議論に関連して、本来の胚と区別するために用いられる用語である前胚と呼ばれることもある。 ^{[ 12 ]}

原腸形成は胚発生の次の段階であり、2 層以上の細胞層 (胚葉) の発達を伴います。2 層を形成する動物 (刺胞動物など) は二胚葉性と呼ばれ、3 層を形成する動物 (扁形動物からヒトまで、他のほとんどの動物) は三胚葉性と呼ばれます。三胚葉性動物の原腸形成中に形成される 3 つの胚葉は、外胚葉、中胚葉、内胚葉と呼ばれます。^{[ 9 ]}成熟した動物のすべての組織と器官は、これらの層のいずれかに起源をたどることができます。^{[ 13 ]}例えば、外胚葉は皮膚の表皮と神経系を生じ、^{[ 14 ]}中胚葉は血管系、筋肉、骨、結合組織を生じ、^{[ 15 ]}内胚葉は消化器系の器官と消化器系および呼吸器系の上皮を生じます。 ^{[ 16 ] [ 17 ]}胚の構造には、さまざまな胚葉を構成する細胞が移動し、それまで丸かった胚が折り畳まれたり陥入したりしてカップ状の外観になるため、原腸形成全体を通して多くの目に見える変化が起こる。^{[ 9 ]}

原腸形成後、胚は子宮や卵の外での生活に必要な構造を形成することで、成熟した多細胞生物へと発達し続けます。名前が示すように、器官形成は胚発生の段階で器官が形成されます。器官形成の間、分子および細胞間の相互作用により、異なる胚葉の特定の細胞集団が器官特異的な細胞型に分化します。^{[ 18 ]}例えば、神経発生では、外胚葉の細胞集団の一部が他の細胞から分離し、さらに特殊化して脳、脊髄、または末梢神経になります。^{[ 19 ]}

胚発生期間は種によって異なります。ヒトの発生では、受精後9週目以降は胚ではなく胎児という用語が使われますが^{[ 20 ]} 、ゼブラフィッシュでは、鎖骨と呼ばれる骨が見えるようになった時点で胚発生は完了したとみなされます^{[ 21 ]} 。鳥類のように卵から孵化する動物では、孵化した幼体は通常、胚とは呼ばれません。胎生動物（子孫が親の体内で少なくとも一定期間発達する動物）では、子孫は通常、親の体内にいる間は胚と呼ばれ、出生または親から出た後は胚とはみなされなくなります。しかし、卵または親の体内で達成される発達と成長の程度は種によって大きく異なるため、ある種で孵化または出生後に起こるプロセスが、別の種ではそれらのイベントよりもずっと前に起こる可能性があります。したがって、ある教科書によれば、科学者が発生学の範囲を動物の発生の研究として広く解釈することは一般的である。^{[ 9 ]}

顕花植物（被子植物）は、半数体の胚珠が花粉によって受精した後、胚を形成します。胚珠と花粉のDNAが結合して、胚に発達する二倍体の単細胞接合子が形成されます。^{[ 22 ]}胚発生の過程で複数回分裂する接合子は、種子の一部です。種子の他の構成要素には、成長する植物胚を支えるのに役立つ栄養素が豊富な組織である胚乳と、保護的な外皮である種皮があります。接合子の最初の細胞分裂は非対称で、1つの小さな細胞（頂端細胞）と1つの大きな細胞（基底細胞）を持つ胚ができます。^{[ 23 ]}小さな頂端細胞は、最終的に茎、葉、根などの成熟した植物の構造の大部分を生み出します。^{[ 24 ]}より大きな基底細胞は、胚と胚乳をつなぎ、栄養分が両者の間を通過できるようにする懸垂体を形成します。^{[ 23 ]}植物の胚細胞は分裂を続け、球状、心臓、魚雷という一般的な外観にちなんで名付けられた発達段階を経て進行します。球状段階では、3つの基本的な組織タイプ（表皮、基本組織、維管束）を識別できます。^{[ 23 ]}表皮組織は植物の表皮または外側の被覆を形成し、 ^{[ 25 ]}基本組織は光合成、資源貯蔵、物理的支持の機能を持つ植物内部の物質を形成し、 ^{[ 26 ]}維管束組織は植物全体に液体、栄養分、ミネラルを輸送する木部や篩部などの結合組織を形成します。 ^{[ 27 ]}心臓段階では、1つまたは2つの子葉（胚葉）が形成されます。分裂組織（幹細胞活動の中心）は魚雷期に発達し、最終的には成植物の生涯を通じて多くの成熟組織を生成します。^{[ 23 ]}胚発生の終わりに、種子は通常、発芽するまで休眠状態になります。^{[ 28 ]}胚が発芽（種子から成長）して最初の真の葉を形成すると、それは実生または小植物体と呼ばれます。^{[ 29]]}

蘚苔類やシダ類のように種子ではなく胞子を生成する植物も胚を生成する。これらの植物では、胚は卵細胞が生成された親配偶体の造卵器の内側に付着した状態で存在を開始する。 ^{[ 30 ]}造卵器の内壁は、発達中の胚の「足」と密接に接触している。この「足」は、胚の基部にある球根状の細胞塊で構成されており、親配偶体から栄養を受け取る可能性がある。^{[ 31 ]}胚の残りの部分の構造と発達は、植物のグループによって異なる。^{[ 32 ]}

陸上植物はすべて胚を形成するため、まとめて胚植物（または学名ではEmbryophyta）と呼ばれます。この点とその他の特徴により、陸上植物は、胚を形成しない藻類などの他の種類の植物と区別されます。 ^{[ 33 ]}

世界中の生物学研究室では、幹細胞^{[ 34 ]} 、進化と発生^{[ 35 ]} 、細胞分裂^{[ 36 ]}、遺伝子発現^{[ 37 ]}などのトピックを学ぶために、多数の植物種および動物種の胚が研究されています。ノーベル生理学・医学賞を受賞した胚の研究中に得られた科学的発見の例としては、両生類の胚で最初に発見された神経組織を生み出す細胞群であるシュペーマン・マンゴルトオーガナイザー^{[ 38 ]}、およびクリスティアーネ・ニュスライン＝フォルハルトとエリック・ヴィーシャウスによってショウジョウバエの胚で発見された体節を生み出す遺伝子^{[ 39 ]}などがあります。

生殖補助技術（ART）による胚の作成および/または操作は、ヒトおよび他の動物の不妊の問題に対処するため、また農業種の選択的育種のために使用されています。1987年から2015年の間に、体外受精（IVF）を含むART技術により、米国だけで推定100万人のヒトの出生がもたらされました。^{[ 40 ]}その他の臨床技術には、 IVFで使用する胚を選択する前に、異数性などの特定の深刻な遺伝子異常を特定できる着床前遺伝子診断（PGD）があります。 ^{[ 41 ]}病気を予防する可能性のある手段として、CRISPR-Cas9によるヒト胚の遺伝子編集を提案した（または試みた例もある―何建奎事件を参照）人もいますが、 ^{[ 42 ]}これは科学界から広く非難されています。^{[ 43 ] [ 44 ]}

ART技術は、望ましい形質を選択的に育種したり、子孫の数を増やしたりすることで、牛や豚などの農業用動物種の収益性を向上させるためにも使用されています。^{[ 45 ]}例えば、自然交配させた場合、牛は通常1年に1頭の子牛を産みますが、IVFでは子孫の産出量が1年に9～12頭に増加します。^{[ 46 ]} IVFや、異種間体細胞核移植（iSCNT）によるクローン作成を含むその他のART技術^{[ 47 ]}は、キタシロサイ^{[ 48 ]} 、チーター^{[ 49 ]}、チョウザメ^{[ 50 ]}などの絶滅危惧種や脆弱種の数を増やす試みにも使用されています。

遺伝資源の凍結保存とは、動物や植物の胚、種子、配偶子などの生殖材料を低温で収集・保存し、将来の使用のために保存することです。^{[ 51 ]}大規模な動物種の凍結保存の取り組みには、英国のフローズン・アーク^{[ 52 ]}、アラブ首長国連邦の絶滅危惧アラビア野生生物繁殖センター（BCEAW）[53]、米国の^{サンディエゴ}動物園保全研究所^{[ 54 ] [ 55 ]}など、世界各地の「冷凍動物園」が含まれます。^2018年現在、特に大量絶滅やその他の世界的な緊急事態に備えて、植物の生物多様性を保存・保護するために使用されている種子バンクは約1,700あります。^{[ 56 ]}ノルウェーのスバールバル世界種子貯蔵庫は、植物生殖組織の最大のコレクションを保持しており、100万以上のサンプルが-18 °C (0 °F)で保管されている。^{[ 57 ]}