Arengubioloogia

Ajalugu

Esialgu oli embrüoloogia teadus, mis uuris loomade arenemist munaraku viljastumisest kuni loote- või munakestadest vabanemiseni. Ajapikku embrüoloogia uurimispiirid laienesid, kuna embrüonaalset arenemist ei olnud võimalik mõista ilma eelneva ja järgneva perioodi tundmiseta. Niiviisi lülitus embrüoloogia vaatevälja ka proembrüogenees ehk gametogenees ja postembrüonaalne arenemine koos kasvamise, regeneratsiooni, metamorfoosi ja morfogeneesi probleemidega. 1960. aastatest edasi haaras embrüoloogia endasse üha rohkem biokeemia, rakubioloogia, molekulaarbioloogia, geneetika ja immunoloogia saavutusi ning uurimismeetodeid. Selle tulemusena arenes välja uus suund – arengubioloogia. Mõned autorid on arengubioloogia sünonüümina kasutanud terminit arengugeneetika (ka ontogeneesigeneetika), teised jällegi loevad seda arengubioloogia üheks osaks. 
Oluline roll on arengubioloogias ja embrüoloogias ka Karl Ernst von Baeril, kes oli baltisakslane, kuid sündinud Eestis ja õppinud ka Tartu Ülikoolis. Ta avastas selgroogsete arengus blastula staadiumi, seljakeeliku ja imetaja munaraku. Samuti täiustas ta Heinz Christian Panderi sõnastatud lootelehtede teooriat. 1828. aastal sõnastas ta embrüoloogia reeglid, mis on nüüd tuntud Baeri seadustena. 
1866. aastal pakkus Ernst Haeckel välja rekapitulatsiooniteooria, mille kohaselt ontogenees peegeldab fülogeneesi.

Diferentseerumine

Ühest viljastatud munarakust tekib sadu erinevaid diferentseerunud rakutüüpe. Täiskasvanud inimeses on rohkem kui 210 erinevat diferentseerunud rakutüüpi, nagu näiteks lihasrakud, vererakud, rasvarakud, närvirakud ja nii edasi. Sellist uut tüüpi rakkude teket nimetataksegi diferentseerumiseks. Kõik need erinevad rakud sisaldavad samu geene. Kuidas saab selline identne geneetiline informatsioon panna aluse nii paljudele erinevatele rakutüüpidele?

Morfogenees

Diferentseerunud rakud ei paikne juhuslikult, vaid moodustavad kudesid ja elundeid. Kuidas moodustavad rakud funktsionaalseid struktuure? Vastus sellele peitub koordineeritud rakkude jagunemises, rakkude migratsioonis ja rakkude surmas, mis kõik on arengubioloogia olulisteks uurimisaladeks.

Kasvamine

Arengu käigus rakud paljunevad, kuid lõpuks nad lõpetavad jagunemise ja moodustub täiskasvanud organism. Kuidas rakud teavad, millal lõpetada jagunemine, ja kuidas on rakujagunemine reguleeritud?

Paljunemine

Sugurakud on väga spetsialiseerunud rakud, mis on ainsana võimelised panema aluse kogu organismi arengule. Kuidas toimub selliste rakkude eraldamine teistest rakkudest, mis moodustavad keha füüsilisi struktuure ja elundeid? Mis juhised sugurakkude rakutuumas ja tsütoplasmas võimaldavad neil panna aluse uuele põlvkonnale?

Regeneratsioon

Mõned organismid saavad taastada kogu oma keha. Mõned salamandrid suudavad taastada oma silmad ja jalad ning mitmed roomajad on võimelised kasvatama omale uue saba. Imetajad enamasti seda ei suuda, kuid siiski on ka imetajatel tüvirakud, mis on võimelised moodustama uusi elundeid ja struktuure. Kuidas on tüvirakud säilitanud sellise võime ja kuidas oleks võimalik seda meditsiinis ära kasutada?

Evolutsioon

Evolutsiooni käigus liigid muutuvad ja seda põhjustavad päritavad muudatused arengus. Näiteks on tänapäevase kapjadega hobuse eelkäijaks viie varbaga hobune, kellel on põlvkondade vältel toimunud embrüo arengu käigus mitmed muutused lihastes ja luukoes. Kuidas on sellised muutused võimelised panema aluse uutele kehastruktuuridele? Millised päritavad muutused on võimalikud, arvestades seda, et ka evolutsiooni vahevormid peavad olema eluvõimelised?

Keskkonna mõjud

Paljude organismide arengut mõjutab keskkond, kus embrüo või vastne areneb. Näiteks sõltub sündiva kilpkonna sugu sellest, mis temperatuuri juures munad hauduti. Samuti suudavad ka täiskasvanud organismi arengut mõjutada ümbritsevas keskkonnas olevad kemikaalid, põhjustades erinevaid arenguhäireid, mis võivad viia erinevate haiguste ja kasvajate tekkeni. Kuidas on organismi areng seotud laiemalt tema elupaiga ja teda ümbritseva keskkonnaga?