После оплодотворения ядро зиготы в течение некоторого периода остается тотипотентным. Под тотипотентностью ядра понимается его способность к формированию всех типов клеток, способность давать начало целому организму. У человека тотипотентность сохраняется, видимо, до стадии 8 бластомеров, так как достоверно известно рождение 5 однояйцевых близнецов (сестры Диони в Канаде).
Уже на следующей стадии дробления — 16 бластомеров — тотипотентность теряется и начинается дифференциация клеток. У взрослых организмов деление происходит лишь в немногих обновляющихся тканях. У животных это в основном кроветворная, лимфоидная и эпидермальная ткани.
Клетки, сохранившие у взрослого организма способность к размножению и дифференцировке в определенном направлении, называются стволовыми.
У растений ядра практически всех клеток не теряют тотипотентных свойств. Экспериментально показано, что любая растительная клетка может в специальной среде — культуре — превратиться в каллусную, или в зиготообразную клетку и дать начало новому организму. Подробнее об этом речь пойдет в разделе «Клеточная инженерия».
Известно, что в формировании каждого органа принимает участие, как правило, большое число генов. Показателем этого является наличие мутаций. У мыши известно более 50 мутантных генов, вызывающих аномалии внутреннего уха; более 20 мутантных генов, нарушающих различные этапы развития глаза. У человека описано более 50 различных форм наследственной глухоты, более 250 аномалий глаза, более 100 дефектов развития скелета. Известно, что одинаковые фенотипические проявления отдельных признаков у человека могут быть обусловлены действием очень разных генетическими механизмов.
Известно также, что формирование многих органов сопровождается генетически запрограммированной гибелью клеток. Это установлено при изучении формирования конечностей у насекомых и позвоночных. Гибель клеток способствует клеточным перемещениям и моделирует форму пальцев и конечностей в целом. Известны мутантные гены, которые повышают (ген ws) и понижают (ген ta3) гибель клеток на ранних стадиях развития конечностей у куриных эмбрионов. У гомозигот по гену ws могут даже отсутствовать конечности, тогда как у гомозигот по гену ta.3 не разделены большая берцовая и малая берцовая кости, лучевая и локтевая, пальцы не отделяются друг от друга.
