A partir de la tercera semana, la gastrulación, comienza con la aparición de una estructura apenas perceptible en la línea media, la línea primitiva, en el epiblasto próximo al extremo caudal del disco embrionario bilaminar. El extremo superior de la línea primitiva muestra una depresión denominada fosita primitiva rodeada por una pequeña elevación del epiblasto llamado nódulo primitivo. Las células del epiblasto comienzan a desprenderse a lo largo de la línea primitiva y emigran hacia abajo por el espacio virtual existente entre el epiblasto y el hipoblasto. Algunos llegan al hipoblasto sustituyendo las células hipoblásticas por una capa de endodermo secundario. Otras emigran en sentido lateral entre el endodermo y el epiblasto, donde se unen para formar una tercera capa embrionaria llamada mesodermo intraembrionario. Cuando se completa la gastrulación, el epiblasto pasa a denominarse ectodermo.
A medida que la gastrulación convierte al disco embrionario bilaminar en un disco trilaminar, determinadas subpoblaciones de células se aproximan entre sí, de forma que pueden establecer interacciones mediante inducción para producir precursores de tejidos o primordios embrionarios que dan origen a los sistemas y aparatos del organismo. Un bloque de mesodermo que se forma en la línea craneal del embrión, denominado placa precordal, y otra estructura de la línea media, el proceso notocordal, indicen el desarrollo de la placa neural. La inducción del mesodermo por el endodermo subyacente determina la formación de vasos y revestimiento de las vísceras y de la pared del cuerpo.
Los acontecimiento de la tercera semana estavlende el escenario para el periodod de ornanogenesis, que se extiende entre la cuarta y la octava semana y durante el cual se diferencian los órganos principales. Las dos estructuras precursoras más importantes surgidas durante la tercera semana son los somitas y la placa neural. Los somitas son una serie de condensaciones mesodérmicas en forma de bloque que se desarrollan en el mesodermo paraaxial a cada lado de la motocorda. Se suceden en sentido craneocaudal a partir de remolinos de mesodermo paraaxial llamados somitameros. Posteriormente, los somitas se subdividen en escerotomos, miotomos y dermatomos, de los que derivan, respectivamente, la columna vertebral, la musculatura esquelética y la dermis. La placa neural aparece como un engrosamiento del ectodermo a cada lado de la línea media, craneal al nódulo primitivo. Durante la cuarta semana, esta placa desarrolla una indentación a lo largo de la línea media y después se pliega en un tubo, el tubo neural, precursor del sistema nervioso central.
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