Endoderm ist eine der Keimschichten — Aggregate von Zellen, die sich früh im embryonalen Leben organisieren und aus denen sich alle Organe und Gewebe entwickeln. Alle Tiere, mit Ausnahme von Schwämmen, bilden entweder zwei oder drei Keimschichten durch einen Prozess, der als Gastrulation bekannt ist. Während der Gastrulation verwandelt sich ein Zellball in einen zweischichtigen Embryo, der aus einer inneren Endoderm- und einer äußeren Ektoderm-Schicht besteht. In komplexeren Organismen, wie Wirbeltieren, interagieren diese beiden primären Keimschichten, um eine dritte Keimschicht, Mesoderm genannt, entstehen zu lassen. Unabhängig vom Vorhandensein von zwei oder drei Schichten ist das Endoderm immer die innerste Schicht. Endoderm bildet das Epithel – eine Art Gewebe, in dem die Zellen eng miteinander verbunden sind, um Blätter zu bilden —, die den primitiven Darm auskleiden. Aus dieser epithelialen Auskleidung des primitiven Darms entwickeln sich Organe wie der Verdauungstrakt, die Leber, die Bauchspeicheldrüse und die Lunge.Während der frühen Stadien der Gastrulation exprimiert eine Gruppe von Zellen, die Mesendoderm genannt wird, Sätze von Endoderm- und Mesoderm-spezifischen Genen. Zellen im Mesendoderm haben die Fähigkeit, sich in Mesoderm oder Endoderm zu differenzieren, abhängig von ihrer Position unter den umgebenden Zellen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Mesendoderm bei wirbellosen Tieren weit verbreitet ist, einschließlich des Nematoden Caenorhabditis elegans und des violetten Seeigels Strongylocentrotus purpuratus. Bei Wirbeltieren wurde Mesendoderm im Zebrafisch Danio rerio gefunden und bei Mäusen Mus musculus indiziert.

Das Endoderm wurde zusammen mit den beiden anderen Keimschichten 1817 von Christian Pander, einem Doktoranden an der Universität Würzburg, in Würzburg entdeckt. In seiner Dissertation Beiträge zur Entwicklungsgeschichte des Hühnchens im Eie beschrieb Pander, wie im Gallus-Gallus-Embryo aus zwei Schichten eine dritte entsteht. Panders Beschreibung der Bildung dieser Schichten ist der erste Bericht über die Gastrulation im Küken, und es begründete zukünftige Studien der Keimschichten. Martin Rathke an der Universität Königsberg, in Königsberg, Preußen (später Polen), fand bald Beweise in einem sich entwickelnden Krebs, Astacus astacus, der zwei Schichten, die Pander beschrieben hatte. Rathkes Befund war die erste Entdeckung von Endoderm und Ektoderm in einem wirbellosen Tier, aber diese Information wurde zwei Jahrzehnte lang nicht weiter untersucht.

Die Keimschichten erregten im neunzehnten Jahrhundert die Aufmerksamkeit vieler Wissenschaftler. Karl Ernst von Baer an der Universität Königsberg erweiterte das Konzept der Keimschichten in seinem 1828 erschienenen Text Über die Entwicklungsgeschichte der Thiere auf alle Wirbeltiere. Beobachtung und Reflexion (Zur Entwicklungsgeschichte der Tiere.Beobachtungen und Reflexionen). Zwanzig Jahre später wandte der Naturhistoriker Thomas Henry Huxley in England Panders Konzept der Keimung auf Quallen an. In seinem 1849 erschienenen Aufsatz „Über die Anatomie und Affinitäten der Familie der Medusen“ bemerkte Huxley, dass die beiden Zellschichten, die er in den erwachsenen Quallen sah, auf die gleiche Weise miteinander verwandt waren wie die von Pander beschriebenen Keimschichten in Hühnerembryonen. Die Assoziation, die Huxley zwischen dem Körperplan der erwachsenen Qualle und dem Wirbeltierembryo machte, verband das Studium von Wachstum und Entwicklung, genannt Ontogenese, mit dem Studium der Beziehungen zwischen Organismen, genannt Phylogenie. Huxleys Unterstützung für eine Beziehung zwischen Ontogenese und Phylogenie, später bekannt als die Theorie der Rekapitulation, würde für die Werke von Wissenschaftlern des späten neunzehnten Jahrhunderts, wie Charles Darwin, in England, und Ernst Haeckel an der Universität Jena, in Jena, Deutschland, grundlegend werden. Diese und andere Wissenschaftler begannen, Embryonen nach Beweisen für die Evolution zu suchen.

In den 1860er Jahren verglichen Forscher Keimschichten im gesamten Tierreich. Ab 1864 Embryologe Aleksandr Kovalevsky, der Embryologie an der Universität von St. Petersburg studierte, in St. Petersburg, Russland, studierte Wirbellose. Seine Forschung zeigte, dass wirbellose Embryonen die gleichen primären Keimschichten, Endoderm und Ektoderm, wie Wirbeltierembryonen hatten und dass die Schichten im gesamten Tierreich auf die gleiche Weise entstanden. Kovalevskys Erkenntnisse überzeugten viele von der Universalität der Keimschichten – ein Ergebnis, das einige Wissenschaftler zu einem Prinzip der Keimschichttheorie machten. Die Keimschichttheorie besagt, dass jede der Keimschichten, unabhängig von der Art, einen festen Satz von Organen hervorbrachte. Diese Organe wurden im gesamten Tierreich als homolog angesehen, Ontogenese effektiv mit Phylogenie vereinen. Wissenschaftler wie Haeckel in Deutschland und Edwin Ray Lankester am University College, London, in London, England überzeugten viele, die Keimschichttheorie bis zum Ende des neunzehnten Jahrhunderts zu akzeptieren.

Während die Keimschichttheorie breite Unterstützung fand, akzeptierte sie nicht jeder. Jahrhunderts widersetzten sich Embryologen wie Edmund Beecher Wilson in den Vereinigten Staaten und Wilhelm His und Rudolf Albert von Kölliker in Deutschland der absoluten Universalität der Keimschichten, die die Theorie verlangte. Diese Gegner der Keimschichttheorie gehörten hauptsächlich zu einer neuen Tradition von Embryologen — diejenigen, die physikalische Manipulationen von Embryonen zur Erforschung der Entwicklung verwendeten. In den 1920er Jahren führten Experimente von Wissenschaftlern wie Hans Spemann und Hilde Mangold in Deutschland und Sven Hörstadius in Schweden dazu, dass Wissenschaftler die Keimschichttheorie demontierten.Jahrhunderts versuchten, die Keimschichten vollständiger zu erklären, indem sie untersuchten, wie sich Embryonen von einer Zelle in Tausende von Zellen verwandelten. Unter diesen Embryologen war Edwin Grant Conklin von der University of Pennsylvania in Philadelphia, Pennsylvania, einer der ersten, der Zelllinien aus dem Einzelzellstadium verfolgte. In seinem 1905 erschienenen Text The Organization and Cell-lineage of the Ascidian Egg kartierte Conklin die Teilungen und die anschließende Spezialisierung der Zellen im Embryo eines Ascidian oder Sea Egg, einer Art von wirbellosen Meerestieren, die eine zähe äußere Schicht entwickeln und sich an den Meeresboden klammern. Durch die Erstellung eines Diagramms oder einer Karte des Entwicklungsweges jeder der Zellen lokalisierte Conklin die Vorläuferzellen, verfolgte die Bildung jeder der Keimschichten und zeigte, dass selbst in sehr frühen Entwicklungsstadien die Fähigkeit einiger Zellen zur Differenzierung eingeschränkt wird.Conklins Schicksal Mapping Experimente, zusammen mit Fragen über die Fähigkeit der Zellen zu differenzieren, beeinflusst Wissenschaftler wie Robert Briggs, an der Indiana University in Bloomington, Indiana, und sein Mitarbeiter, Thomas King, am Institut für Krebsforschung in Philadelphia, Pennsylvania. In den 1950er Jahren begannen Briggs und King eine Reihe von Experimenten, um die Entwicklungsfähigkeit von Zellen und Embryonen zu testen. 1957 transplantierten Briggs und King Kerne aus dem mutmaßlichen Endoderm des nördlichen Leopardenfrosches Rana pipiens in Eier, aus denen sie die Kerne entfernt hatten. Diese Technik, die Briggs und King mitentwickelt haben und die als Kerntransplantation bezeichnet wird, ermöglichte es ihnen, den Zeitpunkt der Zelldifferenzierung zu untersuchen, und die Technik wurde zur Grundlage für zukünftige Experimente beim Klonen. Aus ihren Kerntransplantationsexperimenten fanden Briggs und King heraus, dass während der endodermalen Differenzierung die Fähigkeit des Zellkerns, Zellen bei der Spezialisierung zu helfen, zunehmend eingeschränkt wird. Dieses Ergebnis wurde 1960 durch die Arbeit von John Gurdon an der Oxford University in Oxford, England, unterstützt. Gurdon stellte Briggs und Kings Experimente mit dem afrikanischen Krallenfrosch Xenopus laevis nach, und Gurdon stellte fest, dass es signifikante Unterschiede zwischen den Arten in der Rate und dem Zeitpunkt des Auftretens dieser endodermalen Einschränkungen gibt.

Während Briggs, King und Gurdon daran arbeiteten, die Restriktion von endodermalen Zellschicksalen zu verstehen, untersuchten andere Wissenschaftler wie Pieter Nieuwkoop an der Königlich Niederländischen Akademie der Künste und Wissenschaften in Utrecht, Holland, die Bildung der Keimschichten. 1969 veröffentlichte Nieuwkoop einen Artikel mit dem Titel „Die Bildung des Mesoderms bei urodeleanischen Amphibien. I. Induktion durch das Endoderm“, in dem er die Wechselwirkungen von Endoderm und Ektoderm untersuchte. Nieuwkoop teilte Embryonen des Salamanders, Ambystoma mexicanum, in Regionen des mutmaßlichen Endoderms und des mutmaßlichen Ektoderms. Als sich das Mesoderm isoliert entwickeln konnte, bildete es sich nicht. Als er jedoch die beiden Gewebe rekombinierte, induzierte das Endoderm die Bildung von Mesoderm in benachbarten Regionen des Ektoderms.

Obwohl Wissenschaftler das Schicksal des Endoderms verfolgt, die Fähigkeit der endodermalen Zellen zur Differenzierung untersucht und das Induktionspotential dieser Zellen untersucht hatten, untersuchten sie erst in den 1990er Jahren die molekularen Wege, die das Endoderm spezifizieren und strukturieren. Aus diesen Studien ging die Theorie hervor, dass mütterliche Signale oder Entwicklungseffekte, die die Mutter vor der Befruchtung zum Ei beiträgt, durch drei Hauptfamilien von proteinkodierenden Genen wirken, um die frühe Differenzierung des Endoderms zu regulieren. Diese Signale sind Proteine β-Catenin, VegT und Otx. Die molekularen Signalwege, die an späteren Stadien der Endoderm-Differenzierung und -strukturierung beteiligt sind, unterscheiden sich zwischen den Arten, insbesondere den Transkriptionsfaktoren oder Proteinen, die zur Regulierung der Genexpression beitragen. Insbesondere GATA-Faktoren werden im Mesendoderm exprimiert und sind für die Differenzierung des Endoderms notwendig. Während es einige genetische Elemente gibt, die im gesamten Tierreich konserviert sind, wie β-Catenin, sind einige Teile des Endoderm-Induktionswegs, insbesondere Signale wie die Proteine Nodal und Wnt, wirbeltierspezifisch. Im Jahr 2002 Eric Davidson und seine Kollegen am California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien, kündigte das vollständige Netzwerk von Genen, die die Spezifikation von Endoderm und Mesoderm in Seeigeln in ihrem Papier „A Genomic Regulatory Network for Development.“ Davidson bestätigte dieses Netzwerk von Genen in einem mitverfassten Artikel, der 2012 veröffentlicht wurde.