Fosterutvikling, eller embryogenese, er dannelsen av en flercellet organisme fra befruktningen fram til den begynner på den frie delen av sin tilværelse (fødsel, klekking). Prosessen starter med meget få unntak med at en sædcelle smelter sammen med en eggcelle og danner en zygote. Fosterutvikling finner alltid sted i et avgrenset område, et frø, egg eller mors liv. Både sopp, dyr og planter har fosterutvikling, selv om uttrykket oftest brukes om dyr. Studiet av fosterutviklingen kalles embryologi, og er en viktig del av fagfeltet evolusjonær utviklingsbiologi.

Fosterutviklingen hos mennesket kalles svangerskap og er blant de lengste, normalt ni måneder. Fosterets grunnleggende bygning foregår i de første to og en halv månedene, etter dette fortsetter forsteret først og fremst å vokse og klargjøre organene for et liv utenfor livmoren.

Fosterutvikling hos dyr right|thumb|Fosterutviklingen til C. elegans, en liten rundorm. Fosterutviklingen hos dyr er vanligvis mye mer kompleks enn hos planter, siden de fleste dyr har klarere differensierte organer og flere organsystemer enn det planter har. Hos nesten alle dyr starter fosterutviklingen ved at egget befruktes av en av sædcelle og danner en zygote, men unntak finnes. Hos flere grupper av insekter, særlig veps, og hos hjuldyr starter fosterutviklingen av hanner fra ubefruktede egg. Hos arter som formerer seg ved ukjønnet formering ved kloning (slik som bladlus) vil også fosterutviklingen starte uten foregående befruktning.

Hos alle dyr vil første cellekløyving gå mellom en øvre og en nedre dattercelle. Videre oppkløyvingen har forskjellige mønstre i forskjellige dyregrupper, både basert på mengden plomme og på nedarvede bygningstrekk hos de forskjellige gruppene. Hos egg med mye plomme («macrolecitale egg») vil kløyvingen ikke kunne skjære gjennom den plommerike nedre (vegetative) delen av zygoten, og dannelsen av de første stadiene vil være begrenset til et lite felt på toppen av eggcellen.

Fosterets grunnleggende anatomi thumb|right|Grunnleggende oppdeling av en zygote hos et pattedyr Allerede før befruktningen er egget delt inn i en øvre og en nedre halvdel. Sædcellen kan bare befrukte egget gjennom den øvre animalske delen av egget. De forskjellige typene deling som følger ender alle i en ball av celler, kalt en morula. Når morulaen når en viss størrelse, vanligvis ved 7. deling (128 celler), vil det dannes et væskefylt hulrom i midten og fosteret går over til å være et hulrom omgitt av et enkelt lag av celler, en blastula. Hos svamper og placozoer er dette slutten på fosterutviklingen, og egget klekker til en larve som består av et enkelt cellelag, med et enkelt flimmerhår på hver celle. Hos glassvamper skjer dette allerede på 32-cellers stadiet Nesledyr og kammaneter klekker også på morula-stadiet, og gir opphav til en avflatet larve som likner svampenes, og kalles en planula.

Hos alle dyr mer avansert enn svamper og placozoer vil blastulaen vokse til et par tusen celler. Når den er tilstrekkelig stor, vil det dannes en forsenkning i overflaten på den nedere vegetative delen av fosteret. De plommerike cellene i denne delen av fosteret klemmes inn i fosteret og opp mot ytterveggen på den andre siden, slik at hele fosteret ender opp som en skål av et dobbelt lag med celler. Kanten på skålen snøres sammen, slik at fosteret nå danner en hul ball med et dobbelt cellelag og en åpning. Dette stadiet kalles en gastrula og prosessen kalles gastrulasjon. Åpningen mellom det indre og det ytre cellelaget kalles blastopore eller urmunnen. Det indre cellelaget utgjør urmagen, og blir fordøyelsessystemet i det voksne dyret.

Utviklingen så langt har i all hovedsak gått på fosterets form, men ved dette trinnet begynner også celledifferensieringen til de forskjellige kimlagene som gir opphav til forskjellige celletyper. Det indre cellelaget i gastrulaen blir endoderm (slimhinner). Hos grupper der eggene har mye plomme vil de mest plommerike cellene bli til endodermen under gastrulasjonen. Det ytre cellelaget tilsvarer ektoderm (først og fremst hud, men også nerveceller) hos det ferdige dyret. Hos nesledyr og kammaneter skjer gastrulasjonen etter klekking. Disse gruppene har bare en enkel åpning inn til tarmen som fungerer som både munn og anus, og hos disse er det voksne dyrets grunnleggende anatomi i prinsippet ferdig når gastrulasjonen har funnet sted.

Hos høyere dyr blir rommet mellom det ectoderm og endoderm fylt med celler via forskjellige mekanismer. Dette mellomlaget gir opphav til mesoderm, som hos de fleste høyere dyr utgjør hoveddelen av kroppens vev, slik som muskler og bindevev.

Protostome og deutrostome dyr thumb|right|Egg med to stadier i fosterutviklingen av rundormen Toxocara, et protostomt dyr. Hos dyr med tosidig symetri, vil fosteret nå organiseres på én av to måter:

Protostomier vil ha urmunnen som munn i det ferdige dyret. Hos de fleste protostomier gror leppene på urmunnen igjen på midten, slik at det blir to åpninger som blir henholdsvis munn og anus. Sentralnervesystemet dannes på buksiden av fosteret, fra kanten av urmunnen. Nerveceller vil danne et par (noen ganger fler) ganglier som strekker seg fra framenden av dyret, på hver side rundt svelget og videre bakover langs buksiden av dyret. Protostomiene omfatter mesteparten av dyreriket, blant annet bløtdyr, leddormer, rundormer, flatormer og leddyr. Deuterostomier har en mer komplisert utvikling. Urmunnen lukkes, og et nerverør dannes ved innbuktning av ektoderm (primitivfuren), fra urmunnen og over ryggen på dyret. Den nye munnen oppstår nær slutten av nerverøret, og en ny anus dannes i motsatt ende. Tarmen ligger under sentralnervesystemet, slik at det voksne dyret er «opp-ned» i forhold til protostomier. Deuterostomiene omfatter bare en liten del av dyreriket: Pigghuder, hemichordater og chordater, den rekken også mennesket tilhører.

Hos begge gruppene vil resten av fosterdannelsen bestå av at kroppen forlenges og gir plass til fordøyelsessystemet og andre organsystemer. Hos de fleste dyr dannes et hulrom i mesodermen som gir opphav til en sekundær kroppshule (buk- og brysthulen hos mennesket), som tillater tarmen å bukte seg og derved gro til å bli mye lenger enn kroppen. Forplantningsorganer dannes gjerne i forbindelse med tarmen, mens sanseorganer står i forbindelse med nervesystemet, ofte med flertallet av dem samlet foran i dyret slik at det får et distinkt hode.

Evolusjonære stadier i fosterutviklingen

Etter vært som fosteret vokser vil det få flere av de grunnleggende trekkene som er typisk for gruppen det tilhører. Fostere av leddyr, bjørnedyr og fløyelsormer vil deles opp i segmenter med annlegg til bein. Fostere av ryggstrendyr vil også segmenteres, og få gjeller mellom de første segmentene. Hos undergrupper der de ferdig utviklede dyrene mangler slike trekk, vil disse strukturene tilbakedannes eller modifiseres til andre strukturer. Anleggene til bein på de fremste segmentene hos leddyr blir for eksempel til følehorn og munndeler, mens anleggene til de fremste gjellebuene hos virveldyr blir til kjever, tungebein og knoklene i mellomøret. Bare hos lansettfisk og sekkedyr beholdes hele gjelleapparatet hos det ferdige dyret.

Likheten mellom tidlige fostre hos virveldyr ledet den tyske biologen Ernst Haeckel til å formulere den såkalte biogenetiske lov i 1866: Embryologien følger fylogenien. Haekels lov er en sterk forenkling av den faktiske fosterutviklingen, men studier av fosterutviklingen og larver hos dyr er fortsatt en av de viktigste kildene til forståelsen av evolusjonen og slektsskapet mellom store dyregrupper som har svært lite til felles som voksne individer. Studiet av hvordan gener styrer fosterutviklingen kalles evolusjonær utviklingsbiologi.

Direkte og indirekte utvikling

Fosterutviklingen avsluttes ved at fosteret fødes eller bryter ut av egget og tar opp tilværelsen som en fri organisme. Vanligvis vil den frie organismen ta til seg næring selv, men i noen tilfeller vil den leve av plommemassen den første tiden etter fødsel/klekking, slik at det ikke alltid er noen klar grense for når fosterutviklingen er over og når dyrets frie liv begynner.

Hos mange dyr vil de første stadiene av de frie dyrets liv likne på fosterstadiet hos andre arter, slik som fiskeyngel likner tidlige forsterstadier av firbeinte virveldyr. Et slikt fosteraktig fritt stadium kalles et larvestadium, og dyr med slike livsstadier sies å gjennomgå indirkete utvikling. Der dyrene gjennomgår en utvikling til de likner det voksne dyret slik at det ikke er noe larvestadium, kalles direkte utvikling. Alle vivipare dyr har direkte utvikling, mens utviklingen hos ovovovipare og eggleggende dyr varierer.

Næring i fosterperioden thumb|right|Det store, plommerike eggene til en flekkbåndsnegl tillater en lang fosterutvikling uten påfølgende larvestadie. Dannelsen av de forskjellige strukturene i fosteret krever både byggematerialer og energi. Alle fostre må derfor ha tilgang til næringsstoffer under fosterutviklingen. Mengden næring som er tilgjengelig for fosteret avgjør hvor lange fosterutviklingen kan være.

Plomme

Hos de aller fleste dyr er egget utstyrt med plomme. Mengden plommemasse i egget avjør hvor langt fosterutviklingen kan gå før næringen er brukt opp og egget klekkes. Hos dyr med komplisert bygning og små egg eller egg med lite plomme, vil dyret bare kunne danne deler av det voksne dyrets organsystemer før plommen er brukt opp. Forplantningsystemer modnes vanligvis først lenge etter at dyret er klekket. Hos dyr der fosteret må avslutte utviklingen lenge før den voksne anatomien er ferdig, vil det nyklekkede dyret være en larve. Dette er tilfelle i det aller meste av dyreriket, for eksempel alle krepsdyr, holometabole insekter, rundormer, beinfisker og amfibier. Hos grupper der de voksne dyrene beveger seg lite, vil larvene ha som funksjon å spre individer til nye voksesteder, og derfor ha spesielle strukturer for å svømme, slik vi finner det hos pigghuder, sekkdyr, muslinger og mange flerbørstemarker.

Hos dyr med stor plommerike egg kan fosteret gjennomføre en fullstendig utvikling og det nyklekkede dyret likne den voksne organismen. Slike egg finner vi i noen grad hos fløyelsormer, leddormer, hos blekkspruter og hos krypdyr. Eggene til fugler og eggleggende pattedyr har også stor plomme, men disse dyrene har en varmblodig metabolisme som krever mye energi og har en komplisert bygning og derved relativt lang fostertid. Selv med den store plommen vil den nyklekkede dyret være lite utviklet. Ingen fugler kan fly ved klekking, og de nyklekkede ungene til kloakkdyr (maurpiggsvin og nebbdyr) og pungdyr er larveaktige og uten evne til å klare seg utenfor morens pung. I begge tilfeller er det nødvendig med en ganske utstrakt yngelpleie den første tiden etter klekking.

Hos krypdyr, fugler, eggleggende pattedyr og pungdyr, med sine plommerike egg, vil mye av fosterutviklingen foregår på en liten skive på toppen av plommemassen. Etterhvert vil fosteret gro rundt plommen og kroppen lukker seg langs buken. Hos slike dyr vil det ofte være en tydelig søm langs buken hos unge dyr. Hos både skilpadder og krokodiller er sømmen åpen og ungene klekkes med plommesekken hengende ut. Det samme fenomenet finner vi hos mange fiskeyngel.

Næring fra livmorveggen Både hos morkakedyr og pungdyr skiller moren ut en fett- og proteinrik substans i livmoren (såkalt «livmormelk») som gi næring til det befruktede egget før hos morkakedyrene fram til de gror fast i livmorveggen, og som supplement til plommen gjennom hele fostertiden hos pungdyrene. Tilsvarende systemer finnes hos tsetsefluer og i alle fall én art av kakkerlakker.