На основании молекулярно-биологических

 

исследований можно сделать следующие главные выводы о проявлении генной актив­ности в эмбриональном развитии амфибий. Неэнергичный синтез иРНК происходит уже на стадиях дробления и медленно увели­чивается до стадии средней бластулы. В жизни бластулы наступает момент, когда во всех клетках зародыша число генов, нахо­дящихся в состоянии активности, сильно возрастает, синтез иРНК увеличивается раз в 20. На стадии формирования поздней бластулы возрастает и синтез тРНК- Количество иРНК, оказыва­ющейся на стадии средней гаструлы, остается приблизительно та­ким же и на протяжении нейруляции.

Синтез рибосомной РНК начинается во время гаструляции. Как уже говорилось, процессы развития до гаструляции, зависящие от рибосомной РНК, происходят только благодаря рибосомам, воз­никшим в оогенезе. Новая рибосомная РНК синтезируется в зна­чительном количестве накануне вылупления зародыша. Как уже неоднократно говорилось, процессы развития до гаструляции не зависят от синтеза новой РНК, совершающегося в ядрах бласто-меров.

У зародышей иглокожих иные сроки начала синтеза разных РНК. У некоторых видов синтез рибосомной РНК начинается еще до гаструляции, на стадии мезенхимной бластулы, а синтез тРНК — во время гаструляции. Выходит, что у амфибий—-обрат­ные соотношения: рибосомная РНК синтезируется во время гаст­руляции, а транспортная —уже на стадии бластулы (между средней и поздней бластулой). Молекулярные генетики отмечают и сходство зародышей амфибий и иглокожих: у тех и других син­тез иРНК начинается еще во время дробления, а синтез рибосом­ной и транспортной РНК задерживается.

У рыб иРНК синтезируется только на стадии ранней бластулы. В яйцах млекопитающих синтез РНК, как и в яйцах амфибий, начинается во время дробления, даже на стадии двух бластоме-ров (у яиц мыши).

В табл. 4 на основании исследований многих авторов представ­лены данные о содержании РНК в яйцах животных и о начале синтеза РНК геномом зародыша.

В заключение следует еще раз остановиться на вопросах мо­лекулярной биологии и генетики развития организма. На основа­нии данных многих авторов можно подвести такой итог.

Генная активность проявляется уже тотчас после оплодотво­рения, но имеет место лишь незначительная транскрипция «ин­формации». Обусловленная генной активностью продукция не вступает тотчас же в соответствующие биохимические и морфоло­гические связи и используется впоследствии, на поздних стадиях развития.

Транскрипция генетической информации

 

необходимой для морфогенетических процессов на стадии гаструлы, у морской звез­ды Asterias forbe&i происходит между 6 и 11 ч после оплодотво­рения, т. е. в период от стадии бластулы до стадии выселения ме-зенхимных клеток. Гаструляция начинается через 18 ч с неболь­шими отклонениями в разных случаях.

Большое количество фактов говорит о том, что вместе с гаст­руляцией начинается и более энергичное образование белков.

В 50-е годы было распространено убеждение, что у зародышей до гаструляции вообще не происходит синтез белков, однако последу­ющие многочисленные исследования этого не подтвердили. Важ­нейший источник для синтеза белков — желток. Новообразующи-еся белки отличаются качественно, что доказано в опытах на яй­цах амфибий и морских ежей. Много интересных данных получено в работах эмбриологов стокгольмских школ. Т. Густафсон и М. Хьелт в 1951 г. изучали относительное количество 18 различ­ных аминокислот в ходе развития морских ежей. Оказалось, что во время дробления до поздней бластулы соотношение кислот почти стабильно, а с начала гаструляции до формирования личин­ки количество одних кислот уменьшается, других — возрастает.

Т. Густафсон и И. Хассельберг в 1951 г. нашли, что одна груп­па ферментов остается количественно неизменной во все время развития до плутеуса включительно, а количество, точнее актив­ность, другой группы ферментов, не изменяясь во время дробле­ния, возрастает с начала гаструляции (ферменты апираза, сукци-натдегидрогеназа, глутаминаза и др.).

Во время гаструляции осуществляется синтез новых белков. Какова их морфогенетическая функция и ферментативная роль, еще не ясно. Нет полной ясности и в некоторых чисто биохими­ческих вопросах. Возникают ли новые белки или же происходит активация ферментов, сохранившихся со времени оогенеза? Однако в некоторых случаях удалось установить, что новые специфические •белки, характерные для развития определенных тканей, синтези­руются тогда, когда следует дифференциация тканей. Например, ферменты, необходимые для синтеза меланина (в клетках нервно­го гребня у амфибий), появляются в ходе нейруляции, когда оче­редные процессы развития полностью зависят от генной актив­ности, от белков, возникающих под влиянием генома.

Иммунохимическими методами П. Перлман и Т. Густафсон в 1948 г. доказали изменение антигенной характеристики прото­плазмы клеток во время гаструляции. Вновь образующиеся анти­гены (белки) вызывают появление новых антител.

Привлекает особое внимание эмбриологов факт наступающих цитохимических отличий клеток, сопровождающих переход от бластулы к гаструле, на что указывал П. П. Иванов (1945). Не меньшего внимания заслуживают факты химических различий клеток в разных участках гаструлы, повышение интенсивности метаболизма в районе спинной губы бластопора и другие явления. О них говорится в разных главах книги, в частности в гл. XI.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ГАСТРУЛЯЦИИ

Биохимические процессы при гаструляции изучены, к сожалению, недостаточно и притом на ограниченном круге объектов. Сравни­тельного очерка биохимических явлений при гаструляции дать невозможно. К тому же биохимические данные приобретают цен­ность для эмбриологии только при условии, если удается устано­вить их причинную связь с явлениями формообразования. Таких данных, однако, мало, к тому же они спорны (см. гл. XI).

Эмбрион в ходе гаструляции, как и до нее, не растет. Для происходящих при гаструляции процессов клеточного деления, пе­ремещения пластов клеток н других явлений требуется затрата энергии. Она возникает при диссимиляции. Происходят процессы распаде запасных веществ эмбриона или же (например, у млеко* питающдх) необходимая энергия получается в конечном счете от материнского организма. Период гаструляции — период бурных морфогенетических процессов, которые, конечно, сопровождаются и энергичным метаболизмом; при этом он приобретает существен­ные особенности по сравнению с предыдущими стадиями развития зародыша.

Потребление кислорода заметно возрастает на стадии гастру-лы. Так, по данным Б. Коэна, на стадии дробления за час яйцо лягушки поглощает 0,054 мл³ 0₂ на миллиграмм сухой массы, на стадиях средней и поздней гаструлы — соответственно 0,141 в 0,162 мл³.

Происходят и качественные изменения диссимиляторных про­цессов, однако эти изменения недостаточно изучены, а имеющиеся разрозненные данные пока трудно интерпретировать. У зародышей амфибий и морских ежей на стадии дробления, вероятно, не про­исходит распад белков. Очень заметно уменьшается в ходе дроб­ления количество углеводов, в особенности гликогена. Эксперимен­тально доказано (о чем говорилось ранее), что яйца амфибий, помещенные в атмосферу азота (в анаэробные условия) развива­ются нормально; при этом происходит гликолиз, что очевидно из появления молочной кислоты. Кроме того, в аэробных условиях происходит также нормальное развитие; при этом на стадии гаст­рулы потребление кислорода увеличивается. Вероятно, у эмбри­онов некоторых животных возможны компенсаторные изменения в метаболизме, при развитии эмбрионов в меняющихся условиях.

Как уже говорилось, по мнению А. С. Спирина и др. (1964), исследовавших биохимические процессы по ходу развития вьюна» на всех стадиях развития происходит синтез белка и рибонуклеи­новых кислот. Однако до стадии поздней бластулы не происходит программирования рибосом новосинтезированной мРНК. Полири-босомные белок-синтезирующие структуры цитоплазмы до стадии поздней бластулы содержат относительно стабильную матричную РНК, синтезированную не ядрами зародыша, а материнским яд­ром в процессе оогенеза. По мнению авторов, перед гаструляцией наступает период, когда информосомы (комплексы мРНК с бел­ком), синтезированные ядрами клеток зародыша, репрограмми-руют рибосомы. При этом возможен частичный или полный рас­пад старой материнской мРНК.

Вазохориальная плацента

 или эндотелиохориальндя' (у хищ­ных), обеспечивает еще более тесную связь зародыше с матерью (рис. 65,В). При плацентащш происходит не только разрушение слизистого эпителия матки, но и деструктивные процессы в соеди­нительной ткани: трофобласт ворсинок хориона оказывается в не­посредственном контакте с эндотелием сосудов. Этот способ пла-центации обеспечивает более совершенное снабжение зародыша питательными веществами и кислородом.

Гемохориальная плацента развивается у некоторых насекомо­ядных, летучих мышей, грызунов, обезьян и у человека (рис. 65,Г). Благодаря плацентам этого типа устанавливается еще бо­лее интимная связь зародыша с материнским организмом. Сово­купность очень сложных процессов (лизис эпителия матки, разру­шение соединительной ткани и сосудов) приводят к тому, что трофобласт непосредственно соприкасается с кровью матери, вор­синки хориона «купаются» в материнской крови.

Строение гемохориальиого типа плацент варьирует у разных животных. У обезьян и человека ворсинки хориона сложно вет­вятся, и тем самым создается огромная поверхность соприкосно­вения ворсинок с кровью. Поэтому такая плацента называется ворсинковой гемохориальной плацентой. Увеличение поверхности контакта трофобласта с кровью в других случаях (у грызунов, например) достигается путем сильного разветвления выпячива­ний трофобласта, образующих сложный лабиринт каналов, по ко­торым течет материнская кровь; поэтому такого типа плацента называется лабиринтной гемохориальной плацентой.

Естественно, что при такой связи зародыша с матерью роды сопровождаются сильным кровотечением, отпадает эпителий сли­зистой оболочки матки. Стенка матки обладает хорошей регене-рационной способностью, и происходит быстрое восстановление ее.

На стадии гаструляции зародыш имплантируется

 

в стенку мат­ки. Это — сложный в морфологическом и физиологическом отноше­ниях процесс, подробности которого здесь не описываются, а отчасти сообщаются в гл. VI. Зародыш внедряется в слизистую оболочку матки целиком или только отростками трофобласта. Выросты трофобласта называются первичными ворсинками. Впоследствии развиваются вторичные ворсинки с соединительной тканью и со­судами. Так формируется хорион — ворсинчатая оболочка, гомоло­гом которой является серозная оболочка зародышей рептилий и птиц.

У млекопитающих, как у птиц и рептилий, формируются амни­он, аллантоис, а также и желточный мешок, хотя яйцеклетки мле­копитающих лишены желтка. Функции этих образований, однако, изменились.

Не касаясь большого круга вопросов об особенностях разви­тия млекопитающих и человека, остановимся только на одном вопросе — о способах связи эмбриона с материнским организмом. Эта связь обеспечивается формированием специального органа — плаценты (детского места). По строению плаценты разделяются на несколько типов.

Плацента эпителиохориального типа, или полуплацента, ха­рактерна для некоторых видов сумчатых, свиньи, лошади и дру­гих млекопитающих (рис. 65,Л). Ворсинки хориона, контактируя со слизистым эпителием матки и входя в его углубления, не раз­рушают материнские ткани. Маточные железы секретируют маточное молоко (эмбриотроф), которое всасывается ворсинками хориона.\Гаким образом материнский организм обеспечивает за­родыш питательными веществами и кислородом. При родах вор­синки хориона отъединяются от эпителия матки без разруше­ния ее. \

Десмохориальная плацента, или соединительно-тканная хориальная , развивается так, что ворсинки внедряются в атенку матки, эпителий ее слизистой оболочки раз­рушается; ткани зародыша оказываются в контакте с соедини­тельной тканью матки; однако более интимная связь между мате­ринским организмом и зародышем не устанавливается и при этом типе плацентации. Область контакта зародыша с тканями мате­ри осуществляется в районах котиледон, небольших площадок, разбросанных по поверхности обширного плодного пузыря, превосходящего в сотни раз объем самого зародыша. Ylocjid родов в стенке матки остаются участки, лишенные эпителия. Последую­щая регенерация происходит очень быстро.

У высших млекопитающих

а значит, и у человека яйцо прак­тически не содержит желточных включений и у него нет в доста­точном количестве ни органических, ни неорганических веществ даже для'шачальных стадий развития. Все необходимое для свое­го развита!! зародыш получает с самого начала от материнского организма. Лицевые клетки плацентарных микроскопического размера (1019—200 мкм в диаметре), алецитального или изолеци-тального типа. Как происходила эволюция яиц и каков характер развития млекопитающих по мере прогресса установления связи зародышей с материнским организмом, эмбриология не знает, хотя и высказаны важные предположения. Очень интересна и вполне аргументирована смелая гипотеза зоолога В. А. Фаусека, согласно которой эволюцию установления все более тесных связей зародыша с материнским организмом надо рассматривать в свете явлений паразитизма: у зародыша, как у паразита, развиваются приспособления для использования материнского организма в ка­честве места обитания и как источника пищи.

Для-анализа причин характера дробления яиц млекопитаю­щих недостаточно тех гипотез, которые изложены в гл. IV о дроб­лении. Казалось бы, раз яйца млекопитающих практически лише­ны желтка, их дробление должно быть таким же, как у изолеци-тальных яиц беспозвоночных и низших хордовых. На самом деле у многих высших млекопитающих дробление кажется неправиль­ным, оио несинхронное, зародыш проходит, например, стадию трех, пяти бластомеров и т. д. Если учесть сложность организации млекопитающих, а также большие видовые особенности в дробле­нии, закономерно встречающиеся у разных видов млекопитающих, то надо признать, что говорить о дроблении яиц млекопитающих как о «неправильном» имеется еще меньше оснований, чем об «анархическом» дроблении некоторых кишечнополостных.

У большинства млекопитающих в результате дробления возни­кает морула, но у некоторых видов (например, у слоноземлеройки или хоботкового прыгунчика) уже на четырехбластомерной ста­дии появляется бластоцель. Эта стадия развития соответствует бластуле других позвоночных животных.

Внутренняя масса бластомеров морулы отличается от поверх-ностнолежащих своей дальнейшей судьбой. Внутренняя группа -бластомеров — эмбриобласт — это источник развития зародыша, его оболочек и желточного мешка, а поверхностно лежащие бла-стомеры являются трофобластом («питающим зачатком»). Эти клетки участвуют в установлении связи зародыша с тканями мат­ки. Многие эмбриологи предпочитают вместо названия «эмбрио-о\ласт» употреблять название «внутренняя клеточная масса», а вместо «трофобласт» — «трофэктодерма».

Позднее в области зародышевого щитка

 

образуется первичная полоска, располагающаяся вдоль средней линии зоны. Она посте­пенно удлиняется и занимает ²/з или ³/₄ этой зоны. На переднем конце первичной полоски образуется утолщение — ёензеновский узелок, в центре которого появляется ямка (углубление). По всей длине первичной полоски, начиная от гензеновского узелка к краю бластодиска, формируется первичная бороздка.

Еще до образования гензеновского узелка клеточный матери­ал первичной полоски становится источником формирования ки­шечной энтодермы зародыша, которая мигрирует внутрь под эпи-бласт и распространяется латерально, постепенно оттесняя пер­вичный и вторичный гипобласт на периферию. Со дна первичной бороздки мигрируют затем внутрь клетки мезодермы. Впереди гензеновского узелка в составе эпибласта располагаются клетки, которые погружаются в районе гензеновского узелка внутрь и за­тем оказываются лежащими под эпибластом по средней линии первичной полоски. Гензеновский узелок рассматривают как го­молог дорсальной губы бластопора амфибий, а материал, распо­ложенный до погружения впереди его,— презумптивная хорда. Правые и левые края первичной бороздки — гомологи боковых губ бластопора амфибий.

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

До тех пор, пока не будут выяснены более детально вопросы про­исхождения млекопитающих и их эволюция, любое предположе­ние. об историческом происхождении особенностей их развития неизбежно будет носить спорный характер.

Предками млекопитающих являлись, вероятно, яйцекладущие рептилии. Наиболее примитивны из современных млекопитающих также яйцекладущие животные. В подклассе первозверей (Proto-theria) яйцо утконоса Ornithorhynchus развивается вне материн­ского организма; у ехидны Echidna яйцо развивается в кожной складке на брюшной стороне тела, но питание от матери зародыш не получает. Яйца этих животных содержат большое количество желтка, дробление частичное, свойственное телолецитальным яй­цам. Эмбриональное развитие во всех существенных чертах сход­но с развитием рептилий.

В подклассе сумчатых (Metatheria) зародыши также почти не получают питание от матери. У некоторых сумчатых развивается примитивная плацента, функционирующая непродолжительное время. Зародыши у сумчатых, например, рождаются недоразви­тыми, очень маленькими (1—2 см) и донашиваются матерью в сумке, где устанавливается связь пищевода зародыша с соском матери: ее молоко впрыскивается в пищевод. Яйца у этих живот­ных содержат небольшое количество желтка.

ГАСТРУЛЯЦИЯ У РЕПТИЛИЙ И ПТИЦ

Яйцевые клетки у птиц и рептилий гигантские, с большим количе­ством желтка, резко выраженного телолецитального типа. Собст­венно яйцом является желток (см. рис. 3), покрытый желточной оболочкой. Белковая оболочка («белок»), которой одевается яйцо птиц по мере продвижения его по яйцеводу, а также скорлуповая и подскорлуповые оболочки — третичные, они возникают благода­ря секреторной деятельности желез яйцевода. У яиц черепах так­же имеется белковая оболочка, а у ящериц и змей она отсутствует или представлена чрезвычайно тонким слоем.

Дробление и формирование бластулы у птиц происходит в яй­цеводе. Дробится лишь небольшой участок яйца, расположенный в районе анимального полюса. Первые бластомеры распластаны на поверхности желтка. После второго-третьего делений дробле­ния бластомеры делятся асинхронно. В центре формирующегося бластодиска появляются борозды, проходящие в плоскости, па­раллельной поверхности яйца, в результате чего возникают изоли­рованные от желточной массы клетки. Краевые бластомеры про­должают сохранять тесную связь с желтком. По мере увеличения количества клеток в составе бластодиска его поверхностный слой все более приобретает эпителиоморфную организацию, а под ним появляется подзародышевая полость. Тело зародыша будет раз­виваться ^з части бластодиска — зародышевого щитка (рис. 63). Вся средняя часть бластодиска вместе с зародышевым щитком расположена над зародышевой полостью и не соприкасается с желточной массой яйца. Эта зона, как уже отмечалось, называ­ется area pellucida (прозрачная зона). Она окружена по краям зоной клеток, прилегающих к желтку,— area opaca (темная зона).

Процессы гаструляции у птиц были предметом многочислен­ных исследований и до сих пор трактуются эмбриологами неоди­наково. К моменту откладки яйца в средней части area pellulcida клетки сгущаются, располагаются плотнее и эта часть бластодио ка становится толще. Ее называют зародышевым щитком. В зад­ней части зародышево­го щитка на стороне, обращенной к подзаро-дышевой полости, на­

чинается обособление путем деламинации  внутреннего слоя кле­ток — первичного гипо-бласта (материала

внезародышевой энто­дермы). Первичный гипо-бласт оказывается- ле­жащим на дне подза-родышевой полости, образуя непрерывный слой клеток, контакти­рующих с желтком. Позднее на заднем кон­це зародышевого щит­ка образуется второе поколение клеток гипо-бласта — вторичный ги-побласт, который по­степенно вытесняет первичный гипобласт к периферии бласто­диска. Некоторые ав­торы относят образо­вание гипобласта к яв­лениям, предшествую­щим собственно гаст­руляции. Было пока­зано, что гипобласт имеет отношение к детерминации полярности зародыша.

Клеточный материал всех трех зародышевых пластов

 

по перед­нему и боковым краям бластодиска начинает нарастать на жел­ток. Таким образом формируется желточный мешок. Энтодерма, из которой развивается эпителий желточного мешка, возникает из глубоких слоев бластодиска (парабласт). У многих рыб кишечная и желточная энтодермы имеют разное происхождение.

Желточный мешок — это орган зародыша, в функциональном отношении нераздельная его часть, так как без желточного мешка жизнь зародыша и дальнейший онтогенез невозможны. Значит, традиционное разделение зародыша на собственно зародыш и «вне-зародышевые» части в сущности неправильно и лишь отчасти оправдывается тем, что зародышевый мешок-—временный прови­зорный орган. Однако можно указать многие образования в ходе онтогенеза разных животных, составляющие интегральные части зародыша, исчезающие впоследствии, но которые в эмбриологии не считаются внезародышевыми частями.

Желточный мешок как часть зародыша выполняет многообраз­ные функции.

1.  Это орган с трофической функцией, так как дифференцирую­щийся энтодермальный пласт продуцирует ферменты, помогаю­щие расщеплять вещества желтка, а в дифференцирующемся ме-зодермальном пласте образуются кровеносные сосуды, находящие­ся в связи с сосудистой системой собственно зародыша. В результате благодаря изменению ферментами составных частей желтка, всасыванию эпителием желточного мешка и поступлению их в сосуды желток становится пищей собственно зародыша и од­новременно «внезародышевых» частей. У костистых рыб эктодер-мальный эпителий участвует в формировании кожи. Из этого также видно, сколь условно разделение зародыша рыб на заро­дыш и «внезародышевые» его части.

2.  Желточный мешэк — орган дыхания. Газообмен зародыша с внешней средой происходит через стенки сосудов желточного мешка и наружный (эктодермальный) эпителий.

ГАСТРУЛЯЦИЯ У КОСТИСТЫХ РЫБ

Дискоидальное дробление, как уже говорилось, приводит к фор­мированию дискобластулы. Между бластодиском и желтком у не­которых рыб имеется небольшая полость — бластоцель. Иногда бластоцель совершенно не выражен. Бластодиск соответствует крыше и краевой зоне бластулы амфибий и ланцетника. Дно бла­стулы— нераздробившийся желток, покрытый парабластом.

Процесс гаструляции у костистых рыб начинается тогда, когда многослойный бластодиск покрывает только небольшую часть желтка яйца, а заканчивается вместе с полным обрастанием всего «желточного шара». Это означает, что гаструляция включает и разрастание бластодиска. Карта презумптивных органов дискобла-стулы

До недавнего времени считалось, что гаструляция у костистых рыб осуществляется подворачиванием краевого бластодиска, гомо­логичного дорсальной и боковым губам бластопора позвоночных с голобластическим типом развития; в этом участке под бластодиск перемещаются презумптивные материалы хордомезодермы и ки­шечной энтодермы. По будущей краниокаудальной оси зародыша в результате подворачивания формируется осевой комплекс зачат­ков, дальнейшая дифференцировка которого имеет ряд общих черт с таковым у других позвоночных.

В последние годы гаструляция костистых рыб получила иную трактовку благодаря работам американского исследователя В. Бол-ларда (1973—1982) на лососе и чукучане (карпообразные). Поль­зуясь методом прижизненной маркировки бластодиска с помощью частичек мела, вводимых на разную глубину бластодиска в раз­личных его участках, и прослеживая судьбу меченых клеток, Бол-лард показал, что при образовании зародышевых листков у ло­сося и чукучана подворачивания бластодиска не происходит. Презумптивные материалы эктодермы, хордомезодермы и кишеч­ной энтодермы располагаются в зародышевой части бластодиска слоями, налегающими один на другой. Гаструляция осуществляется в результате двух процессов: деляминации, т. е. обособления этих двух слоев друг от друга, и конвергенции, т. е. «схождения» или перемещения материала этих пластов к медиальной оси зародыша, что приводит к формированию осевого комплекса зачатков. Про­цесс гаструляции в этом случае отличен от такового у других поз­воночных, а карта презумптивных зачатков оказывается трёхмер­ной

Периферические участки бластодиска становятся краями обра­стания и постепенно вместе с перибластом распространяются по желтку: завершение этого процесса приводит к окончательному образованию желточного мешка. Желточная энтодерма у костистых рыб образована перибластом и, следовательно, имеет иное по сравнению с кишечной происхождение. По мере обрастания желт­ка по периферии бластодиска идет выселение кровяной мезенхимы, распространяющейся по перибласту и впоследствии формирующей сосуды желточного мешка.

Инвагинация у амфибий

 

резко отличается от инвагинации у ланцетника. В начале формирования бластопора имеет место действительно инвагинация, но вскоре, а затем в течение всего про­цесса гаструляции происходит очень своеобразный процесс пере­мещения с поверхности в бластоцель клеточного материала будущих прехордальной пластинки, хорды и мезодермы. Новые и новые участки бластодермы заворачиваются внутрь, оказываются в бластоцеле. Суть явления состоит в том, что губы бластопора, особенно верхняя (иначе передняя или дорсальная),— это непре­рывно меняющееся в смысле клеточного состава образование. Губы бластопора можно уподобить участку реки; новые и новые порции воды (клеток) протекают в этом месте, причем самый энергичный поток клеток — это дорсальная губа бластопора. Речка клеток здесь как бы суживается, течение сильнее, а «спокойные воды» текут, как увидим, с обширной поверхности зародыша.

Каковы пути и характер гаструляционных перемещений кле­точного материала? На этот вопрос дан точный ответ еще в 1929 г. Фогтом, использовавшим свой метод маркировки частей зародыша витальными красителями.

Следует отметить, что помимо замыкания края бластопора по поверхности зародыша в кольцо происходит процесс эпиболии, выражающийся в перемещении губ бластопора к вегетативному полюсу, в связи с чем диаметр желточной пробки постепенно со­кращается.

По мере гаструляционных передвижений клеточного материала формируется гастроцель — полость, окруженная со всех сторон инвагинировавшим клеточным материалом . Гастроцель увеличивается, вовлекаемый внутрь клеточный материал все более вытесняет бывшую полость бластулы. В конце гаструляции дном гастроцеля является энтодерма, а крыша — это материал хорды Материал мезодермы примыкает к хордальному зачатку с боков.

Достойно особого внимания поведение презумптивного клеточ­ного материала нервной системы и эпидермиса кожи. В конце концов будущий эпидермис и материал нервной системы покрыва­ют всю поверхность зародыша. Зависящий от ин­тегрирующих влияний всего зародыша процесс распространения эпителиального покрова на всю поверхность зародыша склады­вается из активного перемещения клеточных пластов и их истон­чения.

Презумптивный эпидермис кожи перемещается и истончается во всех направлениях. Совокупность клеток презумптивной нерв-ной системы — нервная пластинка перемещается почти исключитель­но в меридиональных направлениях — к дорсальной губе бласто­пора. Кроме того, он сокращается в поперечном направлении. В результате презумптивная область нервной системы оказывается вытянутой в анимально-вегетативном направлении . Как уже сказано, материал презумптивной хорды составляет в конце гаструляции часть крыши первичной кишки и в виде более уз­кого удлинившегося пласта подстилает находящуюся над ним более широким пластом клеток будущую нервную систему. На переднем конце зародыша, впереди материала хорды, составляя как бы часть его, лежит материал ввернувшейся сюда прехордальнои пластинки, которая в поздней бластуле лежит на ее поверхности ближе всего около будущего бластопора.

Большая часть мезодермального материала вворачивается внутрь бластоцеля через боковые и брюшную губы бластопора. Клеточный пласт мезодермы при перемещении в переднем направ­лении оказывается между экто- и энтодермой. На этом этапе гаструляции следует говорить о хордомезодерме или, точ­нее, о едином эпителиальном пласте хордомезодермальной ман­тии. состоящей из инвагинировавшей через дорсальную губу пре-зумптивной хорды и с боков — мезодермы. Мезодерм ал ьный мате­риал не достигает, однако, самого переднего конца, т. е. того места, где формируется впоследствии рот. Он сильно утолщен вблизи хорды.

Остается сказать о поведении энтодермального материала, ко­торый в бластуле амфибий находится частично в вегетативной области и частично в краевой зоне

Энтодермальный материал, первоначально составляющий ямку гастрального впячения, позднее примет участие в образовании передней части гастроцеля и разовьется в переднюю кишку.

Энтодерма вегетативной области, оказавшаяся внутри зароды­ша после закрытия бластопора, составит впоследствии толстый слой клеток дна и боковых стенок архентерона, и из нее разовьется средняя кишка зародыша.

Клетки промежуточной зоны

 

— это материал мезодермы , который оказывается в составе архентерона между материалом хорды и энтодермы.

В отличие от ланцетника анальное отверстие у миноги обра­зуется не на заднем конце тела, а гораздо ближе к середине.

Карты презумптивных органов бластул ланцетника и миноги почти идентичны. Презумптивная хорда и нервная система миноги расположены так же, как у зародышей ланцетника. Вокруг мно­гослойной энтодермальной пластинки находится мезодермальный материал, за исключением переднего участка, где находится хор^ да. У ланцетника отсутствует прехордальная пластинка, которая при гаструляции у миноги оказывается в составе головной кишки.

ГАСТРУЛЯЦИЯ У АМФИБИЙ

Вследствие исключительного значения амфибий как объекта экс­периментальной эмбриологии здесь дается подробный очерк га­струляции у этих животных, а также начальных этапов форми­рования нервной и других систем органов.

Карта презумптивных зачатков бластулы амфибий сходна с расположением презумптивного материала зародышей асцидий, ланцетника и миноги. Как у ланцетника и миноги, области бластодермы у амфибий, являю­щиеся источником формиро­вания мускулов, хорды, кишки и других органов, в результате гаструляции ока­зываются внутри зародыша. Инвагинация у амфибий не может происходить так, как у ланцетника, потому что вегетативное полушарие яйца очень перегружено  желтком.

Первый заметный при­знак начинающейся гастру­ляции у лягушек и трито­нов — это появление бла­стопора, т. е. вдавления или щели в середине серого серпа . Первоначально небольшая щель все более удлиняется по окружности—по границе краевой зоны и вегетативной области зародыша. В конце концов окружность замыкается. Ограниченный кольцевидным бластопором клеточный материал вегетативной области имеет вид подушечки и называется желточной пробкой (лучше было бы назвать ее энтодермальной пробкой).

Формирование бластопора происходит благодаря последова­тельному вовлечению в процессы инвагинации энтодермального и мезодермального клеточного материала. В полость бластулы с по­верхности перемещаются клетки, лежащие на границе пигменти­рованного и светлого полушарий, и около щели оказываются с одной стороны темные (пигментированные) клетки, с другой — светлые клетки. Поэтому желточная пробка выглядит светлой, как бы включенной в темную раму. Гастральное впячение образуется в районе дорсальной губы бластопора благодаря встречному дви­жению в сторону бластопора хордо-мезодермального материала со стороны анимального полюса и энтодермального — со стороны вегетативного. Оно постепенно углубляется, и к моменту образо­вания кольцевидного бластопора почти достигает своим дном анимального полюса. У боковых и заднего краев желточной проб­ки полного гастрального впячения не наблюдается, происходит лишь подворачивание края, обрастание анимальными клетками "вегетативных. Инвагинация и связанные с ней у амфибий процес­сы эпиболии (нарастание одних клеточных масс на другие) при­водят к постепенному закрытию бластопора. Энтодермальная пробка оказывается внутри зародыша. Окончательного закрытия бластопора, впрочем, не происходит, все еще остается очень узкий канал, идущий с поверхности внутрь зародыша.

Гаструляция у ланцетника была предметом многочисленных

 

исследований и изучена во всех подробностях.

В бластуле ланцетника ясно различим энтодермальный мате­риал, находящийся в районе вегетативного полюса; в одном уча­стке краевой (маргинальной) зоны находится материал мезодермы, в другой области — материал хорды. Анимальное полушарие за­нято клетками презумптивного эпидермиса кожи и презумптивной нервной системы

Одна из особенностей гаструляции ланцетника по сравнению с асцидиями заключается в том, что она начинается тогда, когда зародыш (после 10-го дробления) состоит из большого числа (бо­лее 1000) клеток, так что материал каждого осевого зачатка пред­ставлен большим их количеством.

Гаструляция у ланцетника типично инвагинационная, начинает­ся она выпячиванием презумптивной энтодермы. Вслед за энтодер­мой инвагинирует в бластоцель материал хорды, а через боковые в вентральную губы бластопора погружается мезодерма. В районе дорсальной губы бластопора перемещается материал будущей хорды. Гаструла имеет вид двухслойной чаши, бластоцель почти нацело вытесняется инвагирующим клеточным материалом. Затем изменяется конфигурация зародыша в целом, он удлиняется

Как только энтодермальный пласт приходит в контакт с вну­тренней стороной эктодермального пласта, начинаются процессы, приводящие к формированию зачатков осевых органов.

У миноги можно отметить свои особенности в процессах гаст­руляции и формировании осевых зачатков по сравнению с лан­цетником. О. В. Чекановская (1933—1936) установила, что стенка бласту­лы становится многослойной. В ее вегетативной части находятся крупные, плотно прилежащие друг к другу клетки. Они образу­ют энтодермальный зачаток. Анимальная часть бластулы, состоя­щая из мелких клеток, оказывается «раздутой» в результате на­копления жидкости в полости, смещенной в эту часть зародыша. На границе мёлкоклеточной анимальной и крупноклеточной веге­тативной частей бластулы располагается кольцевидная зона сред­них по размеру клеток — краевая зона. Это район будущего бла­стопора. В передней части краевой зоны появляется в виде косой щели бластопор — место инвагинации. Клеточный материал дор­сальной губы бластопора нарастает на энтодермальную подушку. Ближайшие клетки промежуточной зоны перемещаются через боковые края бластопора в бластоцель. Стенки постепенно удлиняющегося гастроцеля состоят из клеток различного проис­хождения. Верхняя стенка образована слоем клеток, инвагиниро-вавшим через переднюю губу бластопора. Этот клеточный- мате­риал развивается в хорду. Дно полости гаструлы состоит из крупных клеток энтодермы, возникшей из клеток энтодермальной подушки. Из этого клеточного материала развивается кишечник.

ГАСТРУЛЯЦИЯ У АСЦИДИЙ, ЛАНЦЕТНИКА И МИНОГИ

Процессы дробления у различных представителей хордовых, как мы видели, очень своеобразны и зависят от проморфологии яиц, в особенности от количества и распределения желтка. Процессы гаструляции также варьируют в пределах Chordata. Однако воз­никающие в результате гаструляции главные или осевые зачатки группируются в одинаковый у всех хордовых осевой комплекс ^хорда, нервная трубка, осевая мезодерма). Дальнейшие процес­сы органогенеза и связанная с ним дифференциация тканей и кле­ток приводят снова к большому разнообразию организации разных животных.

У асцидий гаструляция начинается со стадии 128 бластомеров. Особенности проморфологии яйца таковы, что карту презумптив-ных зачатков можно нарисовать уже в начальных этапах разви­тия. Цитоплазма оплодотворенного яйца — гетерогенная система (рис. 56, А, Б). Анимальная половина состоит из прозрачной ци­топлазмы, вегетативная — из зернистой. Ясно различаются и раз­ные участки области экватора: протоплазма будущей передней половины зародыша расположена в виде подковы, она темно-се­рого цвета, а задняя половина желтая, Темно-серая протоплазма — материал хорды и нервной пластинки, желтая — мускулатуры и мезенхимы. На стадии 64 бластомеров (рис. 56, В) темно-серый серп делится на два ряда бластомеров; передний ряд развивается в нервную систему, а задний — в хорду. В области «желтых бла­стомеров» происходит также обособление двух рядов; задний из них (или наружный ряд) — источник развития мускулатуры, а пе^: редний (или внутренний) ряд дает мезенхиму. Участок протоплаз­мы в вегетативном полушарии, расположенный между материалом хорды и материалом мезенхимы,— будущая энтодерма (кишеч­ник). Светлая протоплазма анимального полушария — это буду­щая эктодерма.

Итак, задолго до гаструляции судьба разных частей зародыша (при нормальных условиях развития) предопределена.

На стадии бластомеров начинается гаструляция, которая осуществляется по способу инвагинации в сочетании с эпиболией. Нарастание передней (дорсальной) губы бластопора, а также сбли­жение боковых губ бластопора приводят к образованию спинной поверхности зародыша. Энтодермальная группа бластомеров, а за ней хордальные и мезодермальные бластомеры погружаются внутрь в результате инвагинации.

в ходе гаструляции презумптивные органы

 

Следует, однако, обратить внимание на очень важное явление: в ходе гаструляции презумптивные органы, расположенные на поверхности зародыша, окажутся после закрытия бластопора лежа-цими внутри взрослого организма (хорда, нервная система, кишка и др.). Презумптивный эпидермис кожи, занимающий хотя и об-пирную, но вполне определенную часть только анимального полу-пария бластулы, разовьется впоследствии в эпидермис кожи, по­крывающий всю поверхность взрослого животного. Происходит это з результате сложных морфогенетических движений пластов в ходе гаструляции.

Не менее точные исследования позволили создать карту пре­зумптивных органов у зародышей других животных. Так, напри­мер, у костистых рыб презумптивные зачатки располагаются в бластодерме не в одной плоскости, как у амфибий, а в разных плоскостях. Презумптивные материалы эктодермы, хордомезодермы и кишечной энтодермы лежат друг над другом, образуя многослойную структуру. Гаструляционный процесс не связан у костистых рыб с подворачиванием края бластодиска и осуществляется по способу расслоения — деляминации.

У птиц карта презумптивных органов имеет следующие осо­бенности. Передняя часть эпибласта area pellucida — это область презумптивного эпидермиса кожи, а также эмбрис нальных оболочек. В area pellucida находится в виде серпа пре­зумптивная нервная пластинка. Позади нее лежит презумптивная хорда. По средней линии, позади хордальной области, расположен клеточный материал презумптивных кишечной энтодермы и мезо­дермы.

Карты презумптивных областей ранних зародышей можно со­ставить в отношении развития любого вида животных. Полнота и точность их зависят, конечно, от степени изученности развития того или иного животного.

Известны и границы не менее обширной

 

области анимального полушария, являющейся источником формирования нервной систе­мы. В свою очередь в пределах презумптивной нерв­ной системы уже на стадии бластулы можно указать участки, которые пойдут на развитие соответствующих частей глаза. В промежуточной, или маргинальной, зоне бластулы (маргинальной, или краевой, зоной называются области, в которых формируются края бластопора) на дорсальной стороне имеется обширная зона презумптивной хорды . Рядом с ней находится область прехордальной пластинки (от лат. ргае — перед, прехордальный, находящийся перед хордой).

В ходе гаструляции этот материал первым инвагинирует, пе­редвигается к анимальному полюсу и затем становится частью крыши архентерона, располагаясь впереди переднего конца хорды. Далее по направлению к вегетативному полюсу, но все еще в составе промежуточной зоны находится клеточный материал, дифференцирующийся впоследствии в часть рта, жабр и глотки энтодермального происхождения. Бластопор возникнет в этой об­ласти. Части промежуточной зоны, лежащие по обеим сторонам от презумптивной хорды, служат материалом для мышечных сегментов тела. Боковые и брюшные части промежуточ­ной зоны участвуют как мезодермальныи материал в формировании полости тела, почек и других образований. Этот участок может быть назван латеральной (или боковой) презумптивной мезодер­мой или, еще точнее, вентральной мезодермой. Наконец, в районе вегетативного полюса лежит материал презумптивной средней и задней кишок.

Пространственное расположение презумптивных органов та­ково, что части будущей головы — глаза, органы слуха и обоня­ния— находятся вблизи анимального полюса бластулы, соответ­ствующего переднему концу зародыша. В центре среднеспиннои части'зародыша, там, где промежуточная зона наиболее протяжен­ная, находится материал хорды. Анимальный полюс яйца амфибии почти соответствует переднему концу позднего зародыша и взрос­лого животного. Область вегетативного полюса будет задним кон­цом зародыша. Самый широкий участок промежуточной зоны — там, где расположен клеточный материал хорды, соответствует пине зародыша, а противоположный — брюху.

КАРТЫ ПРЕЗУМПТИВНЫХ ОРГАНОВ

В изучении процессов гаструляции большую роль сыграла пред­ложенная В. Фогтом в 1925 г. методика маркировки частей за­родыша. Кусочки агара необходимой величины помещаются в растворы витальных красителей (метиленовый синий, нейтральный красный, коричневый Бисмарка и др.). Пропитавшиеся красите­лями кусочки агара прикладывают к поверхности эмбриона в пунктах, интересующих экспериментатора. Благодаря диффузии красителя определенная группа клеток оказывается окрашенной . Если на стадии бластулы сделать метки в разных ее участках, можно проследить меняющееся в ходе гаструляции по­ложение этих меток, описать гаструляционные перемещения частей зародыша. Благодаря методу Фогта превосходно изучен процесс гаструляции у амфибий. Конечно, методику Фогта невозможно применить к очень маленьким яйцам, а также к тем, оболочки которых непроницаемы для витальных красителей. В этих случаях прибегают к другим способам изучения: маркировке тушью, частичками мела, инъекцией некоторых веществ внутрь •отдельных бластомеров и т. п.

На стадии поздней бластулы амфибий и других животных можно точно указать участки, из которых разовьются те или иные органы. Принято говорить о картах презумптивных органов (от лат. praesumptio — предположение, основанное на вероятности). Англичане говорят о fate map — о карте судьбы. Некоторые эм­бриологи предпочитают говорить о картах презумптивных зачат­ков, или презумптивных областей.

На стадии поздней бластулы амфибий можно безошибочно указать границы обширной области анимального полушария заро­дыша, клеточный материал которой разовьется в эпидермис кожи . В этой области можно указать участки эктодермаль-ного материала для органа обоняния, слуха и эктодермальной части рта, а также участки презумптивной линзы глаза, слизи­стых желез.

Прогресс эмбриологии столь значителен

 

что нельзя сомне­ваться в возможности радикального пересмотра теории зародыше­вых листков с сохранением ее основы — представления о листках как гомологичных образованиях.

Как уже было сказано, эмбриология располагает доказатель­ствами гомологии одноименных зародышевых листков у всех многоклеточных животных. Теория зародышевых листков имеет большое общебиологическое значение как одно из доказательств единства всех многоклеточных. Однако не следует считать под­рывом эволюционной эмбриологии и возвращение к теории типов Кювье и Бэра мысли о радикально ином понимании процессов гаструляции и формирования зародышевых листков. Вопрос о за­родышевых листках неразрывно связан с гипотезами о происхож­дении многоклеточных животных. Нельзя игнорировать большое число фактов, не укладывающихся в теорию зародышевых листков. Можно говорить о гомологии зародышевых листков, если стоять на позиции монофилетического представления об эволюции живот­ного мира организмов и рисовать обычные схемы родословного дерева. Методологически вполне оправданы и подкрепляются ог­ромным числом эмбриологических фактов мысли Н. К. Кольцо­ва (1936) о том, что основные типы отделились друг от друга так давно, что связать их между собой и отвести от одного корня не представляется возможным.

В случае правильности идей о полифилетическом происхожде­нии организмов данные эмбриологии о зародышевых листках мож­но рассматривать как свидетельство явлений параллелизма в онтогенезе животных с разными «установками развития» (П. П. Иванов), «типами развития» (Бэр). При этом так мучаю­щие эмбриологов многочисленные отклонения у разных животных от обычных представлений о зародышевых листках, приобрели бы значение как доказательства разных типов развития. Особый ин­терес представляют воззрения Г. П. Коротковой (1979), которая полагает, что яйцевые клетки, бластулы, гаструлы, личинки, за родышевые листки полностью гомологичны только у тех видов, которые относятся к одному и тому же типу организмов. Сравне­ние онтогенеза животных или растений, относящихся к далеко отстоящим типам, позволяет выявлять не столько гомологичные,. сколько аналогичные структуры и процессы. Эти выводы вытекают из новой теории о фазной эволюции онтогенеза, в основе которой лежит утверждение об обязательности чередования полового и бесполого размножения.

Вопрос о зародышевых листках рассматривается и в главе XVII в связи с проблемами о соотношении онтогенеза и филогенеза.

В сказанное ранее об органогенетической специфичности

 

зародышевых пластов надо внести существенные дополнения и коррективы. В гл. XI о детерминации указаны результаты много­численных экспериментов, согласно которым клеточный материал эктодермы, энтодермы и мезодермы можно заставить изменить развитие, участвовать в формировании совершенно не свойствен­ных данному листку органов. Это говорит о том, что судьба кле­точного материала каждого зародышевого пласта, строго говоря, еще не предопределена. Развитие и дифференцировка каждого пласта, их органогенетическая специфичность обусловлены взаи-имовлияниями частей целостного зародыша и возможны лишь при его нормальной интеграции.

И в нормальном развитии некоторых животных закономер­но «нарушается» установленная теорией зародышевых листков специфичность. Так, мышечные волокна волосяных сумок кожи, ириса глаза, некоторые хрящевые элементы развиваются не из мезодермы, а из эктодермы. Клеточный материал ганглионарной пластинки, т. .е. производное эктодермы, образует в норме че­люстную дугу, подъязычную и все жаберные дуги, т. е. образо­вания, которые должны возникать из мезодермы. Задняя часть нервной пластинки, возникающей из эктодермы, образует у за­родышей амфибий в норме не нервную ткань, а хвостовую мус­кулатуру.

Развитие организма в результате бесполого размножения и экспериментально вызванного соматического эмбриогенеза (см. гл. XVI) пока совершенно невозможно не только объяснять, но даже описывать в понятиях «зародышевые листки».

Некоторые экспериментальные эмбриологи (например, О. Мангольд, 1925), не довольные фанатизмом приверженцев теории за­родышевых листков, готовы считать зародышевые листки лишь чисто топографическим понятием, удобным для описания явлений развития. Эта точка зрения также излишне фанатична и не мо­жет считаться обоснованной. Несмотря на важность всех указан­ных противоречий и сомнений, нельзя отрицать реальность су­ществования зародышевых листов как гомологичных образований. Эволюция явлений эмбрионального развития, как и вообще эво­люция любого биологического явления, не происходила прямо­линейно, и, естественно, имеется много факторов, противоречащих теории. Критически оценивающий теорию зародышевых листков П. П. Иванов определяет зародышевый пласт как сумму всех за­чатков частей будущих органов, находящихся на начальной, од­ной и той же стадии морфологической дифференцировки.

Не следует на основании исключений и отклонений

 

от схе­мы органогенеза, продиктованной теорией зародышевых листков, отказываться от самой теории, но не следует и пренебрегать эти­ми исключениями, чтобы правильно представлять процесс разви­тия зародышей и не отклонять вполне аргументированную мысль о необходимости реформы теории.

Сравнительный эмбриолог классического направления, создан­ного А. О. Ковалевским, П. П. Иванов указывал (1945), что при ранней закладке органов характерные признаки зародышевых листков исчезают, о них говорить нельзя. У турбеллярий, сосаль­щиков и других животных образование различных органов проис­ходит из однородной клеточной массы, без каких-либо признаков обособления зародышевых пластов. У коловраток и скребней (Acanthocephala) о зародышевых пластах вообще говорить нель­зя, так как эмбриональный клеточный материал непосредственно «распадается» на отдельные зачатки органов. Также уже отме­чалось, что и о зародышевых листках аскарид можно говорить лишь условно; у зародышей аскарид очень рано обособляются эктодерма, половой зачаток и т. д. Интересна деталь: сразу по­является по нескольку отдельных зачатков для нервной системы и глотки, на что обращал внимание П. П. Иванов в связи с ана­лизом теории зародышевых листков.

По теории зародышевых листков хорда развивается из энто­дермы, нервная система —из эктодермы и т. д. Между тем обна­ружены не единичные случаи, резко противоречащие этому пра­вилу. Так, у асцидйй определенные группы бластомеров дают и хорду, и нервную систему; другие бластомеры дают кишечник, третьи — наружный покров, четвертые — мышечные и мезенхимные элементы.

О. М. Иванова и А. Г. Кнорре (1963) считают, что можно рас­сматривать все эти и иные подобные случаи у разных животных как вторичное изменение ранних. стадий развития, что зароды­шевые листки, как и вообще весь онтогенез, способны до неузна­ваемости изменяться в ходе эволюции под влиянием определен­ных, вполне объяснимых причин. Тем самым все подобного рода «исключения» лишь подтверждают общее правило.

Естественно, нельзя оспаривать факт рекапитуляции

 

в разви­тии современных многоклеточных возникновения двухслойноств у предков (см. гл. XVII). В то же время надо отказаться от мно­гих наивных, упрощенных представлений как об индивидуальном развитии животных, так и об эволюции явлений эмбрионального развития. Перечислим некоторые факты, заставляющие критиче­ски относиться к утверждениям теории зародышевых листков в ее классической форме.

1. Классическая описательная эмбриология сводила образова­ние зародышевых листков к неравномерному росту частей зароды­ша, образованию складок, выпячиваний, врастаний и т. п. Эмб­риологи могли видеть лишь внешние проявления гаструляции, последовательный ряд состояний. Методами описательной эмбрио­логии, в особенности в «доклеточный» ее период, даже талантли­вый исследователь не мог бы изучить сложную клеточную и биохимическую динамику гаструляцйонных движений.

Следует отказаться от представлений о зародышевых пластах как о стойких определенных образованиях, о первичных «орга^; нах» зародыша. Гаструляция — это процесс. Зародышевые пла' сты — это органическая часть интегрального целого зародыша; они не имеют самостоятельных функций, а в связи с взаимодей­ствием частей в их развитии «функция» состоит в способности, благодаря интегрирующим влияниям зародыша как целого, дать в ходе развития ряд производных (см. гл. VII, VIII и IX).

  Образование мезодермы у зародышей многих позвоночных животных происходит,, по существу, не по энтероцельному спосо­бу. Так, в частности, в ходе развития амфибий нельзя говорить об образовании чего-либо подобного «целомическим мешкам», отда­ленно напоминающего энтероцельный способ образования мезо­дермы у ланцетника. Уже в начале гаструляции формирующаяся мезодерма вворачивается в полость гаструлы независимо от энто­дермы. Вместо движения мезодермы от средчедорсальной линии вниз и вбок, как думали ранее, мезодерма, появляющаяся в об­ласти боковых и нижней губ (отнюдь не в виде «карманоподоб-ных выступов» энтодермы), стягивается к спинной стороне тела. В дальнейшем, в главах о гаструляции у позвоночных, мы убе­димся в том, что при сохранении представлений о двух типах об­разования мезодермы (телобластический и энтероцельный) тре­буется вносить очень существенные поправки в старые представ­ления о гаструляции разных животных и в сущности требуется новая классификация процессов гаструляции. Нет оснований ис­кать у всех животных гаструляцию как образование обязательно-двухслойного зародыша, рассматривать образование мезодермы как какой-то особый процесс, оторванный от процессов самой га­струляции. У кишечнополостных, у которых нет столь развитого среднего пласта, как у других животных, гаструляция заверша­ется формированием только экто- и энтодермы. В ходе эволюции животных и, значит, эволюции эмбрионального развития появ­ление и развитие третьего зародышевого пласта было связано с изменениями гаструляции. У амфибий и других животных обра­зование мезодермы — это одно из явлений самой гаструляции, а не обособленный, вторичный процесс. Нельзя противопоставлять про­цесс гаструляции как образование экто- и энтодермы образованию мезодермы.

Cnidaria и Ctenophora

 

— многоклеточные организмы, тело ко­торых строится из двух зародышевых пластов —эктодермы и эн­тодермы. Между ними находится мезоглея. Это эластичный не­клеточный материал сложного состава, выделяемый эпителиаль­ными клетками. Основной его компонент — коллагеновые фиб­риллы.

Труды А. О. Ковалевского обогатили эмбриологию многими фактами и идеями. Естественно, в теорию зародышевых листков XIX в. эмбриология XX в. не могла не внести существенных по­правок. Уже во время создания этой теории И. И. Мечников от­вергал гипотезу Геккеля о гастрее, считая, что рассматривать инвагинационную гаструлу как первичную эмбриональную форму нет оснований. Более примитивной, по мнению Мечникова, надо считать мультиполярную иммиграцию, и предок современных Ме-tazoa не мог быть геккелевской гастреей (см. гл. XVII). Образо­вание гаструлы путем инвагинации не характерно для низших многоклеточных. Мечников установил большое распространение внутриклеточного пищеварения у низших многоклеточных: губок, кишечнополостных, низших животных. На основании сопоставле­ния большого числа эмбриологических, сравнительно-анатомиче­ских и физиологических данных Мечников создал, в противовес геккелевской теории о гастрее, теорию фагоцителлы (или парен-химеллы), согласно которой предком Metazoa было первобытное животное, не имеющее пищеварительной полости. Пищевые ча­стицы у них захватывались поверхностными клетками благодаря фагоцитарной способности и оказывались достоянием всех клеток, так как эти подвижные клетки внедрялись внутрь. Вот почему в примитивные формы гаструляции ныне живущих организмов сле­дует искать в развитии тех низших многоклеточных, у которых непосредственно в результате гаструляции не возникает первичная пищеварительная полость. Такова гаструляция, идущая по пути иммиграции клеток. Процессы же инвагинации — более позднее явление в эволюции гаструляции.

ТЕОРИЯ ЗАРОДЫШЕВЫХ ПЛАСТОВ

На существование у зародышей курицы двух пластов обратил внимание еще в «доклеточный» период развития эмбриологии К. Вольф (11759). Позднее X. Пандер в 1817 г. также описал за­родышевые пласты у куриного эмбриона. К. Бэр создал основу для теории зародышевых листков, так как распространил понятие о зародышевых листках на всех позвоночных (1828). Но, конечно, основателем современной теории зародышевых листков должен считаться А. О. Ковалевский, который в 1865—1871 гг. вместе со своими современниками И. И. Мечниковым (1886) и Э. Геккелем (1866,1871) обнаружили зародышевые листки у беспозвоночных жи­вотных и внесли коррективы в их описание, наполнив понятие новым содержанием, обусловленным эволюционной идеей, дарви­низмом.

Геккель создал гипотезу о происхождении многоклеточных, со­гласно которой предком их является гастрея — двухслойное жи­вотное, по строению подобное зародышам современных живот­ных на стадии гаструлы (см. гл. XVII). Эктодерма и энтодерма, по мнению Геккеля, рекапитулируют (см. гл. XVII) «первичные органы» этого гипотетического предка современных многоклеточ­ных.

Эмбриологи прошлого столетия рассматривали зародышевые листки как основные первичные органы, наделяя их определен­ными функциями. Эктодерму называли Hautsinnesblatt — кожно-чувствующим листком, а энтодерму Darmdrusenblatt — слизистым или кишечно-железистым слоем, листком первичного кишечника.

Зародышевые листки всех животных стали рассматриваться как наследие первичной двухслойной формы предка Metazoa, как гомологичные образования. В этом суть теории зародышевых ли­стков.

Теория зародышевых пластов — самое крупное морфологиче­ское обобщение за всю историю эмбриологии. Она сыграла выда­ющуюся роль в сравнительной, эволюционной эмбриологии. И в настоящее время, несмотря на сомнения в ее правильности и на явную ошибочность ряда утверждений основателей ее, по­нятия об эктодерме и мезодерме, применяемые к развитию почти всех многоклеточных животных, никем из эмбриологов не оспа­риваются, хотя многие ученые вкладывают в них разное со­держание. Все, однако, согласны с тем, что эти понятия характе­ризуют определенные этапы развития зародышей, отражают по­следовательность образования зачатков органов, историческую непрерывность функционального характера листков, их органо-образовательную специфичность. Все эволюционисты-эмбриологи не отрицают, что зародышевые листки, возникающие в ясной фор­ме у подавляющего большинства животных, являются одним из многочисленных свидетельств единства животного мира.

Таким образом, в ходе развития зародыша формируются

 

различные полости, имеющие важное морфогенетическое или функ­циональное значение. Сначала появляется полость Бэра, превра­щающаяся в первичную полость тела — бластоцель, затем в связи с процессами гаструляции возникает гастроцелг, (или гастральная полость), наконец, у многих животных — целом. При образовании гастроцеля и целома бластоцель все более уменьшается, так что от бывшей первичной полости тела остаются лишь щели в проме­жутках между стенками кишки и целома. Эти щели у некоторых животных превращаются в полости кровеносной системы. Гастро-цель со временем превращается в полость средней кишки.

При энтероцельном способе обособления мезодермы и целома за счет гастроцеля, кроме того, возникает н вторичная полость тела.

Процессы гаструляции непосредственно приводят к периоду органогенеза. У одних животных закладываются органы и си­стемы органов, приобретающие постепенно дефинитивное зна­чение, а у других животных формируются сначала органы, свой­ственные личинке, затем совершается метаморфоз и происходят процессы формирования дефинитивных органов взрос­лого организма.

В связи с отсутствием единого плана в строении эмбрионов всех беспозвоночных невозможно дать схему абстрактного эмб­риона беспозвоночного животного.

Производные мезодермы.

 

Все остальные, не перечисленные до этого органы развиваются из мезодермы: все мышечные ткани, где бы они ни находились (стенка тела, кишечника и других об­разований), все виды соединительной, хрящевой и костной тканей, каналы выделительных органов, перитонеум полости тела, кро­веносная система, часть тканей яичников и семенников. При раз­витии соответствующих органов происходит и специфическая диф-ференцировка клеточных элементов мезодермы. У большинства животных средний пласт появляется не только в виде совокуп' ности клеток, образующих компактный эпителиеподобный слой, т. е. собственно мезодерму, но и в виде рыхлого комплекса раз­розненных, амебоподобных клеток. Эта часть мезодермы назы­вается мезенхимой. Мезодерма и мезенхима отличаются друг от друга по своему происхождению, между ними нет прямой связи, они не гомологичны. Мезенхима большей частью эктодермально-го происхождения, начало же мезодерме дает энтодерма. У поз­воночных, однако, мезенхима в меньшей своей части эктодермаль-ного происхождения, основная же масса мезенхимы имеет общее с остальной мезодермой происхождение. У многих животных со спиральным дроблением мезенхима появляется еще в ходе дроб­ления. У иглокожих источником мезенхимы являются микромеры и энтодерма. Клетки дна формирующегося первичного кишечни­ка мигрируют внутрь бластоцеля.

Несмотря на отличное от мезодермы происхождение, мезенхи­ма может рассматриваться как часть среднего листка. Она играет большую роль в формировании личинки и дефинитивных органов.

Для уяснения разбираемых в дальнейшем вопросов требуется иметь представление о важном образовании — целоме, вторичной полости тела. У всех животных, которым свойствен целом, начало полым целомическим мешкам дает мезодерма. Было уже сказано, что при энтероцельном происхождении мезодермы целомические мешки образуются путем изменения, дифференцирования карма-ноподобных выпячиваний первичного кишечника. При телобла-стическом и ему подобном способах, когда образуются мезодер-мальные тяжи, внутри них появляется щель, превращающаяся в конце концов в целом. Целомические мешки формируются сим­метрично по бокам кишечника. Стенка каждого целомического мешка, обращенная в сторону кишечника, называется спланхно-плеврой. Стенка же, обращенная в сторону эктодермы зародыша, называется соматоплеврой.

ПРОИЗВОДНЫЕ ЗАРОДЫШЕВЫХ ПЛАСТОВ

Гаструляция — это этап в развитии зародыша. Зародышевые пла­сты не являются чем-то обособленным друг от друга, их возник­новение и дальнейшие изменения происходят благодаря взаимной зависимости частей эмбриона. Зародышевые пласты как совокуп­ности клеток отличаются друг от друга не только своим положе­нием в общей системе зародыша, но уже и некоторыми цитологи­ческими особенностями. В то же время эксперименты убеждают, что их судьбу можно еще изменить, заставляя идти на «строи­тельство» необычных для них клеточных систем и органов (см. гл. XI и XVII).

При нормальном развитии зародышей зародышевые пласты, взаимодействуя между собой под воздействием интегрирующих влияний зародыша как целого, продолжают дифференцироваться в определенном направлении, и каждый из них принимает участие в возникновении зачатков определенных органов и систем орга­нов. Можно говорить о новом этапе в развитии зародышей — об органогенезе.

Во всем животном мире определенные органы берут начало от одного и того же зародышевого пласта. Исключения из этого за­кона, о которых будет сказано в дальнейшем, обусловлены изме­нениями в онтогенезе, в связи с теми или иными своеобразными путями эволюции животных. Их рассматривают как гомологич­ные образования в зародыше. О зародышевых пластах см. в гл. VII—IX.

Производные эктодермы. Большая часть клеток, составляющая наружный пласт, размножаясь и соответственно дифференцируясь, так и остается на поверхности, принимая участие в развитии по­кровов тела. Из них формируются: наружный эпителий, кожные железы, поверхностный слой зубов, роговых чешуи я т. д. Почти всегда -каждый орган развивается из клеточных элементов двух, а то и всех трех зародышевых пластов. Например, кожа млеко­питающих развивается из экто- и мезодермы.

Как правило, обширная часть первичной эктодермы (до трети и более всей поверхности зародышей амфибий) вследствие осо­бых морфогенетических процессов «погружается» внутрь, под на­ружный эпителий, и дает начало всей нервной системе. У многих животных эктодерма на переднем и заднем концах тела впячи­вается по направлению к переднему и заднему концам развива­ющегося из энтодермы кишечника (средняя кишка). Впячения эти прорываются в полость средней кишки и образуют stomodeum (передняя кишка) и proctodeum (задняя кишка).

Производные энтодермы. Внутренний зародышевый пласт, диф­ференцируясь сопряженно с другими частями зародыша, разви­вается в эпителий средней кишки и ее пищеварительные железы. Развитие эпителия дыхательной системы (жаберного отдела и легких) у разных позвоночных прослежено не одинаково полно и не столь еще ясно в деталях. Бесспорно, что этот эпителий раз­вивается из переднего отдела кишечника. Однако нельзя катего­рически сказать, что он весь энтодермального происхождения, так как в его происхождении несомненно участвует клеточный мате­риал прехордальной пластинки

Такая характеристика способов возникновения

 

среднего заро­дышевого листка не отражает всего многообразия вариаций и от­клонений, строго закономерных для отдельных групп животных. Сходен с телобластическим, но лишь внешне, способ образования мезодермы не путем деления телобластов, а путем возникновения на краях бластопора непарного плотного зачатка (группы кле­ток), впоследствии разделяющегося на две симметричные полоски клеток. При энтероцельном способе зачаток мезодермы может быть парным или непарным; в одних случаях формируются два симметричных целомических мешка, а в других — сначала обра­зуется один общий целомический мешок, впоследствии разделя­ющийся на две симметричные половины.

Уже говорилось о своеобразных процессах развития нематод я других животных, в отношении которых было бы искусственно применять понятие «зародышевые пласты»,— у них, минуя фор­мирование клеточных зародышевых пластов, зачатки будущих органов обособляются в виде отдельных бластомеров.

Ввиду важности для эмбриологии в целом и для понимания процессов развития органов в следующей главе будет дан срав­нительно-эмбриологический очерк процессов гаструляции у раз­личных животных, внесены соответствующие коррективы в слиш­ком упрощенные классические представления о зародышевых ли­стках, в частности об энтероцельном способе образования мезодермы.

ОБРАЗОВАНИЕ МЕЗОДЕРМЫ

 

У всех животных, за исключением кишечнополостных, в связи-с гаструляцией (параллельно с ней или на следующем этапе, обусловленном гаструляцией) возникает и третий зародышевый-пласт — мезодерма. Это совокупность клеточных элементов, зале-гающих между эктодермой и энтодермой, т. е. в бластоцеле. Таким. образом, зародыш становится не двухслойным, а трехслойным. У высших позвоночных трехслойное строение зародышей возни­кает уже в процессе гаструляции, тогда как у низших хордовых и у всех других типов в результате собственно гаструляции обра­зуется двухслойный эмбрион.

Вопросы о путях образования мезодермы у разных животных. издавна интересовали и сравнительных анатомов, и эмбриоло­гов. В общем они могут считаться решенными, однако не в аспек­те причин соответствующих морфогенетических процессов, а в пло­скости формально-морфологического описания этих процессов.. Если отвлечься от всех разнообразных деталей формирования-мезодермы у разных животных, можно установить два принци­пиально^ разных пути возникновения ее: телобластический, свой­ственный Protostomia, и энтероцельный, характерный для Deute-rosiomia. у первичноротых во время гаструляции на границе-между эктодермой и энтодермой, по бокам бластопора, уже име­ются две большие клетки (или несколько таких клеток-телоктодерма, 2 — мезенхима, 3 — энтодерма, 4 — телобласт (А) и це-ломическая мезодерма (В)

бластов), отделяющие от себя (вследствие делений) мелкие клет­ки. Таким образом формируется средний пласт — мезодерма. Телобласты, давая новые и новые поколения клеток мезодермы, остаются на заднем конце зародыша. По этой причине такой способ образования мезодермы и называют тело­бластическим (от греч. telos — конец).

При энтероцельном способе совокупность клеток формирую­щейся мезодермы появляется в виде карманоподобных выступов первичного кишечника (выпячивание его стенок внутрь бласто-целя). Эти выступы, внутрь которых входят участки первичной кишечной полости, обособляются or кишечника и от­деляются от него в виде мешочков. Полость мешочков превраща­ется в целом, т. е. во вторичную полость тела, целомические меш­ки могут подразделяться на сегменты.

Эпиболическая гаструла

 

формируется у некоторых животных с резко выраженным телолецитальным строением яиц, например у ВопеШа. Значительного размера медленно де­лящиеся бластомеры (макромеры), с большим содержанием желтка не обнаруживают способности к каким-либо перемещениям. Их обрастают (наползают на них) более быстро делящиеся мел­кие лежащие на поверхности клетки (микромеры). Выходит, что у зародышей таких животных бластопор отсутствует, архентерой не формируется. Только впоследствии, когда макромеры, делясь* становятся меньшего размера, образуется, по неясным биохими­ческим и физическим причинам, полость, формируется зачаток первичного кишечника.

Смешанный тип гаструляции. Типы гаструляции кажутся на­столько различными, что их невозможно сравнивать. Несомненно,, каждый тип гаструляции требует причинного анализа, но все же-в некотором отношении разные способы гаструляции сравнимы.. Так, своеобразный процесс эпиболии можно рассматривать как: один из особенных вариантов инвагинации. Процессы делямина-ции можно уподоблять процессам иммиграции, конечно, с боль­шими оговорками. Важно отметить далее, что гаструляция у мно­гих животных происходит так, что имеют место и явления ин­вагинации, и явления эпиболии, и другие морфогенетические процессы. Такова, положим, гаструляция у амфибий. Можно по­этому безыскусственно выделить пятый тип гаструляции — сме­шанный.

Наличие периода синхронного дробления

 

послужило основанием для использования продолжительности одного синхронного дробления в качестве безразмерной единицы для характеристики продолжительности различных периодов развития (Т. А. Детлаф).

В зависимости от количества желтка, его распределения, а также неравномерности распределения других цитоплазматиче-ских компонентов яйца период синхронного дробления раньше или позже переходит в период асинхронных дроблений. Этот процесс связан в первую очередь с появлением и удлинением фаз Gi и G2. Наименее выражен период синхронных дроблений у яиц с мозаич­ным дроблением, а также у некоторых примитивных многоклеточ­ных, которые вообще могут иметь слабо упорядоченный в прост­ранстве и во времени процесс дробления.

Поздний период дробления принято называть бластуляцией, так как в этот период вся совокупность бластомеров приоб­ретает характер эпителиоморфного пласта, ограничивающего полость бластулы. Период бластуляции характеризуется удлине­нием фазы S в митотическом цикле бластомеров. Повышение син­тетических процессов в дробящемся зародыше связано с исполь­зованием молекул мРНК, уже имеющихся в яйцевой клетке. Ге­ном зародыша, возникший после оплодотворения, начинает функ­ционировать не сразу, а лишь после прохождения определенного количества делений дробления и нормализации ядерно-плаз­менного отношения. Чаще всего это приурочено к стадии позд­ней бластулы — началу гаструляции. По мере дробления вступают в действие еще недостаточно изученные факторы взаимодействия бластомеров, факторы интеграции зародыша, которые приводят к тому, что темпы деления клеток в разных частях зародыша ста­новятся неодинаковыми. «Угнетающее» действие одних частей зародыша на другие сказывается и в появлении дегенерирующих клеток уже на ранних стадиях онтогенеза животных.

Если бы темпы дробления сохранялись неизменными и дроб­ление оставалось бы синхронным, то следовало бы, например, что через 20 ч эмбрионального развития лягушки, т. е. приблизитель­но на стадии начинающейся гаструляции, зародыш состоял бы из миллиона клеток, чего, конечно не происходит. Через двое суток на стадии поздней гаструлы имелось бы 25-10¹³ клеток, к моменту ранней хвостовой почки, т. е. к концу суток, количество клеток превышало бы 10²⁸, а размер зародыша оказался бы 5,2-10¹² м³ (если радиус клетки считать постоянным и равным 5 мкм). Вступ­ление в действие внутренних факторов развития, тормозящих ми­тозы в одних частях зародыша и стимулирующих митозы в дру­гих частях, играет важную роль в дифференциации клеток и тканей в процессах развития. Об этом эмбриологи догадывались давно, но убедительными экспериментальными доказательствами этого фактора эмбриология стала располагать недавно.

полиэмбрионии

Интересно в этой связи отметить, что у Oceania полиэмбрионии не обязательно имеет место, не все бластулы делятся. Форма не­которых эмбрионов становится постепенно все более правильной, зародыш удлиняется и, наконец, принимает вид языкообразной планулы. Это означает, что нет анархии в дроблении, но имеется стадия дезинтеграции зародыша, которая может привести к по­лиэмбрионии.

Как видим, ничто не свидетельствует о хаосе анархического дробления, и этот термин нельзя считать удачным. Многие водные низшие многоклеточные организмы обладают низким уровнем ин­теграции; яйца их мало отличаются от соматических клеток (они не имеют обычных яйцевых оболочек, у них относительно нормаль­ное, как и соматических клеток, соотношение ядра и цитоплаз­мы, нормальный метаболизм). У этих малоинтегрированных орга­низмов и их зародышей выработался особый характер дробления как адаптация к меняющимся внешним условиям, выработалась возможность перехода к соматическому эмбриогенезу. Более под­ходит к такому типу дробления название регуляционный тип дробления.

СКОРОСТЬ ДРОБЛЕНИЯ. ПРИЧИНЫ ДРОБЛЕНИЯ ЯИЦ И ДЕЛЕНИЯ СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК

Яйцам каждого вида животных свойствен свой особый ритм дроб­ления. У золотой рыбки Carassius auratus дробление совершается регулярно через каждые 20 мин. У яиц лягушки первые дробле­ния совершаются приблизительно через каждый час. Яйца млеко­питающих дробятся очень медленно: интервалы между дробле­ниями достигают десяти часов и более.

Авторадиографические исследования позволили узнать инте­ресные детали изменения времени протекания разных фаз жизнен­ного цикла клеток (их онтогении). Так выяснено, что на ранних стадиях дробления у бесхвостой амфибии Xenopus laevis фаза удвоения ДНК (фаза S) занимает всего 10 мин. Во время гастру-ляции фаза S составляет приблизительно 1 ч; в ранней нейруле эта фаза замедляется, занимая до 5 ч. Короткая онтогения блас-томера на ранних стадиях дробления обусловлена ускорением времени процесса митоза, фазы (Ог), следующей за синтезом ДНК и отсутствием стадии Gi, следуемой за митозом.

У некоторых животных после совершившихся дроблений насту­пает пауза, закономерно прерывающаяся в определенные сроки. У летучих мышей половой акт (осеменение) происходит поздней осенью, развитие же яйца начинается лишь весной. Пауза в раз­витии характерна для многих низших ракообразных.

Скорость дробления яиц, естественно, изменяется под влияни­ем температуры. Обычно закономерности изменения темпа дроб­ления близки к правилу Вант-Гоффа, установленному для химиче­ских реакций: при повышении (или понижении) температуры на 10 °С процесс ускоряется (или, соответственно, замедляется) в 2—3 раза. Следует подчеркнуть, что изменение температуры (если оно не выходит за определенные для каждого вида живот­ного рамки нормальных температур) не приводит к качественным изменениям в развитии, а лишь сказывается на темпе дробления. Ранний период развития, как правило, характеризуется син­хронным дроблением. Для митотического цикла дробящихся блас-томеров характерно полное отсутствие фаз Gi и G2, а также не­продолжительность стадий S и собственно митоза. Это связано с тем, что синтетические процессы в блйстомерах выражены слабо из-за того, что почти все необходимое для этих процессов накоп­лено в период оогенеза и сохраняется в бластомерах. Кроме того, укорочение S-фазы обеспечивается синхронизацией начала репли­кации в различных репликонах генома.

порядок взаимного расположения бластомеров

 

после третьего дробления может варьировать. Чем дальше идет дробление, тем более проявляется «беспорядочный характер»

Такие своеобразные явления дали повод П. П. Иванову (1945) утверждать, что яйца некоторых кишечнополостных не имеют ни­какой детерминации и предварительной структуры. Это утверж­дение трудно аргументировать, так как анархический тип дроб­ления кажется хаотичным лишь при условии, если закономерным •считают только такое пространственное расположение бластоме­ров, которое укладывается в те или иные принятые при описании дробления геометрические схемы, в понятие о симметрии. Совер­шенно очевидно, однако, что при кажущемся совершенно «беспо­рядочным» дроблении яйца гидромедуз развиваются в животные именно данного, а не другого вида. Не выяснены еще полностью закономерности такого развития.

Кажущаяся хаотичность и простота анархического дробления позволили Л. Н. Жинкину в 1951 г. высказать предположение о том, что оно является примитивным, не установившимся и что от него произошли спиральный и радиальный типы дробления. Черты спирального дробления у кишечнополостных отмечал ещ И. И. Мечников в 1886 г., а впоследствии С. Берг (1941) и К. Ни хольм (1949). По гипотезе Г. А. Шмидта (1951), радиально дробление возникло из спирального.

У актинии Sagartia troglodytes дробление может варьировать Оно может быть равномерным или неравномерным, бластомерь могут располагаться как при радиальном, так и при спиральнол дроблении.

Вопросы эволюции дробления пока еще слабо разработаны Вероятно, будут иметь значение исследования эволюции дробле ния в пределах отдельных типов. При анализе анархической: дробления следует принять во внимание своеобразную способ­ность к полиэмбрионии и соматическому эмбриогенезу (см гл. XVI) зародышей многих кишечнополостных. Фрагменты заро­дыша гидромедузы Oceania armata способны развиваться в нор­мальные личинки уменьшенного размера. _ Подобные явления от­мечены и у гидр. М. Н. Грузова, изучая развитие гидр, в 1956 г. обнаружила, что зародыши, пройдя нормальное, закономерное развитие вплоть до гаструляции, при формировании эмбриотеки (особая оболочка вокруг зародыша) и все зимнее время оказы­вается менее дифференцированным, анархизированным и напоми­нает структуры геммул и сомитов (см. гл. XVI), хотя до форми­рования эмбриотеки развитие происходит строго закономерно. У гидр дробление почти полное и равномерное. Оно заканчивается целобластулой (см. далее), и закономерно совершается гаструля-ция. И вот при таком закономерном развитии зародыш теряет свою нормальную интеграцию и в некоторых случаях вместо одного нормального зародыша развиваются два. Предполагают, что в результате такой полиэмбрионии начинается развитие по типу соматического эмбриогенеза, еще недостаточно изученное эмбриологами (см. гл. XVI).

Поскольку общее число клеток, образующихся

 

при спиральном дроблении, невелико, то удается проследить «судьбу» каждого бластомера. При использовании буквенно-цифровой но­менклатуры все бластомеры получают определенный индекс. Ока­залось, что все бластомеры, обозначаемые малыми буквами и имеющие коэффициент /, т. е. все клетки, образовавшиеся из пер­вого квартета микромеров, пойдут на построение предротового отдела личинки. Из клеток второго квартета возникает венчик ресниц — прототрох; третий квартет микромеров пойдет на обра­зование мезодермальных и отчасти эктодермальных производных личинки и, наконец, четвертый квартет микромеров и четвертый квартет макромеров образуют кишечник. Особую роль при спи­ральном дроблении играют бластомеры 2d и 4d. Первый называ­ется соматобластом, и из него образуется эктодерма заднего отде­ла личинки, а в дальнейшем покровы взрослого червя, 4d называ­ется мезобластом. Этот бластомер делится на две клетки телобласты — родоначальницы мезодермальных телобластических полосок, из которых образуются целомы личинки, а в ряде слу­чаев и целомическая мезодерма взрослого организма.

По мнению О. М. Ивановой-Казас, спиральное дробление раз­вивалось постепенно. Элементы этого типа дробления встречаются у низших многоклеточных. Так же постепенно происходило и его «вырождение», т. е. замена другими формами дробления.

Дробление яиц нематод, коловраток, асцидий и некоторых дру­гих животных имеет ту особенность, что уже на ранних этапах дробления проявляется билатеральная симметрия в расположении бластомеров (см. рис. 8). Такое дробление называется билате­ральным или двустороннесимметричным. Вне зависимости от свое­образия дробления в деталях (у разных животных) при билате­ральном типе дробления каждый бластомер правой половины эм­бриона соответствует подобному бластомеру левой половины.

Следует упомянуть об очень своеобразном двусимметричном типе дробления, свойственном ктенофорам, у которых уже на стадии четырех бластомеров определяются обе плоскости симмет­рии будущего организма — продольная и поперечная.

Строго закономерный характер дробления яиц каждого вида животных обусловлен сложившимся в ходе эволюции особым морфофизиологическим механизмом. Кажущимся исключением является анархическое дробление, которое иначе называют «бес­порядочным» и «хаотическим», например дробление яиц некото­рых метагенетических медуз. Анархическое дробление гидромеду­зы Oceania .armata описал впервые И. И. Мечников в 1886 г. Как и у других гидромедуз, никакой «анархии» в начале дробления нет: первая борозда дробления меридиональная, вре­зающаяся; появляется она на анимальном полюсе; вторая борозда тоже меридиональная, но появляется на внутренней стороне блас­томеров и распространяется центробежно

А. Тарковский и другие исследователи вызвали

 

партеногенети­ческое развитие яиц у мышей электрическим воздействием (30— 50 В) на яичник и яйцеводы, при активированной гонадотропина-ми или спонтанной овуляции после спаривания самок с вазэкто­мированными стерильными самцами. Имплантирующиеся партено-генетические зародыши погибали в течение 8—10 дней: из 87 имплантировавшихся зародышей к 10-му дню жизни живыми оста­вались только два. Достоверных данных о возможности партено-генетического развития у млекопитающих на более поздних ста­диях, чем бластоциста, пока нет.

Почти все, что говорилось в предыдущем разделе о биохимиче­ских изменениях, наступающих в яйце в связи с оплодотворением, относится и к яйцу, активированному к развитию партеногенети­ческими агентами. Сразу начинается интенсивный синтез белка. По скорости включения меченых аминокислот яйцеклетки после оплодотворения и активации партеногенетическими факторами не отличаются друг от друга в течение первых часов развития.

Белковый синтез можно обнаружить не только у целых яиц, активированных к развитию, но и в безъядерных фрагментах. Э. В. Гарвей (1936) удалось партеногенетическими агентами акти­вировать к развитию безъядерные участки яйца морского ежа. П. И. Денни и А. Тайлер (1964) показали, что в таких безъядерных фрагментах также начинается интенсивный синтез белка. Этот •факт дополнительно свидетельствует о том, что в цитоплазме не-оплодотворенных яиц имеются все необходимые компоненты для белкового синтеза, включая и готовые мРНК.

На основании сказанного следует, что оплодотворение являет­ся совокупностью процессов, начинающихся с контактирования яйца и сперматозоида и до момента слияния пронуклеусов. В ре­зультате этого оплодотворенная яйцевая клетка приобретает ди­плоидный набор хромосом, обеспечивающий передачу наследствен­ных свойств, химическими и морфологическими явлениями в кор­тикальном слое яйца и во всей его протоплазме, что обусловливает переход яйца из состояния анабиоза в активное состояние. Стано­вится возможным онтогенез яйца как клетки, ее развитие, способ­ность дойти в этом развитии до митотического деления.

Многочисленные давние опыты скрещивания разных видов жи­вотных

 

между собой позволяют исследователям говорить о неспецифичности агентов, побуждающих яйцо к развитию. Скрещивали разных животных и активировали яйца сперматозоидами другого вида животных: разные виды морских ежей, яйца морского ежа и спермий морской лилии или спермий голотурий, кольчатых червей и моллюсков; опыты по оплодотворению яиц тритона спермиями саламандры; скрещивание зубра, бизона с другими видами рога­того скота, лошади и зебры, оленей разных видов и т. д.

М. Олсен в 1954 г. доказал возможность естественного партено­генеза у птиц. Выведена порода индеек, у которой приблизительно в половине случаев наблюдается естественный партеногенез; при этом из неоплодотворенных яиц индеек всегда развиваются самки.

Большой интерес представляют наблюдения И. С. Даревского и В. Н. Куликовой (1957—1964) за скальной ящерицей Lacerta saxicola. У трех подвидов этой ящерицы установлен естественный партеногенез. Удалось, в частности, получить потомство от не­скольких самок, выведенных в лаборатории и содержавшихся за­тем на протяжении двух лет изолированно от самцов в террариуме. Из партеногенетических яиц развиваются исключительно самки.

Т. Меслин в 1962 г. высказал предположение, что некоторым североамериканским ящерицам — кнемидофорам свойствен полно­ценный естественный партеногенез. Ж- Пинкусу в 1936 г. удалось добиться партеногенетического развития яиц млекопитающих (кро­ликов). Известны многие попытки вызвать партеногенетическое развитие яиц млекопитающих. Ставились опыты на крысах (Ж. Пинкус, 1930, 1939), кроликах (К. Аустин, 1956), хорьках (Ц. Чанг, 1957) и других животных. Партеногенез вызывался (в опытах in vivo и in vitro) под влиянием низких и высоких тем­ператур, гипертонической и гипотонической сред, под влиянием трипсина, суспензии сперматозоидов других видов и т. д. В некс торых случаях удавалось наблюдать, что активировалось до 90% использованных в экспериментах яиц.

А. Витковская (1973) в большом проценте случаев вызывала партеногенетическое развитие яиц мыши действием электрического тока 20—50 В. Яйца мыши получали в результате спонтанной ову­ляции у самок, спаренных с вазэктомированными самцами, или после гормональной стимуляции. Витковская наблюдала развитие вплоть до формирования бластоцист. Кариологический анализ за­родышей (в предимплантационном развитии) показал, что в 60% случаев клетки гаплоидны, в 16,7% диплоидны, в 1,7% тетрапло-идны и в 21,6% представляют мозаику из гаплоидных и диплоид­ных клеток.

Многими авторами испробованы разнообразные

 

химические и физические агенты, вызывающие партеногенетическое развитие, — гипертоническая и гипотоническая морская вода; соли калия, каль­ция, магния и др.; органические кислоты — молочная, олеиновая и др.; бензин, ацетон; перемежающаяся температура; электриче­ский ток; ультрафиолетовые лучи и т. д. Создается впечатление полной неспецифичности партеногенетических агентов. Но это не­правильно, так как, во-первых, далеко не всякое вещество и не всякий физический агент может вызвать активацию яйца; во-вто­рых, партеногенез яйцевых клеток разных видов животных вызы­вается как общими для всех агентами, так и особыми, применимы­ми в экспериментах только с данным видом яиц. В то же время поражает разнообразие испытанных агентов. Все они, однако, вы­зывают одно общее явление, а именно: они повреждают кортикаль­ный слой яиц, при партеногенезе возникают процессы, подобные тем, какие происходят и при оплодотворении. Не случайны, в част­ности, данные Лёба о лизисе кортикального слоя, наступающем при действии партеногенетических факторов.

Таким образом, данные по искусственному партеногенезу под­тверждают гипотезы о важнейшей роли в оплодотворении корти­кальных изменений в яйцевых клетках.

Проблема партеногенеза ждет новых исследователей, так как представляет большой теоретический интерес и не безразлична для практики.

К сожалению, к вопросам естественного и искусственного пар­теногенеза у позвоночных не было привлечено необходимого вни­мания. Лишь яйцо лягушки было предметом многочисленных ис­следований.

Возможность естественного и искусственного партеногенеза у рыб констатирована уже давно. Удавалось доводить мальков карпа, развившихся из партеногенетических яиц, до возраста 8,5 месяца. Яйца одних видов рыб могут осеменяться сперматозоида­ми других видов рыб. Истинного оплодотворения не происходит, но имеет место активация яйца к совершенно нормальному разви­тию; при этом развиваются только самки.

Для более полного понимания механизма активации яйца

 

спер­матозоидом или естественными партеногенетическими агентами большое значение приобрели опыты по искусственному партеноге­незу, начатые еще в прошлом столетии. А. А. Тихомиров в 1886 г. впервые обнаружил, что неоплодотворенные яйца тутового шелко­пряда начинают развиваться после обработки их концентрирован­ной серной кислотой, при изменении температуры или после меха­нического повреждения, вызываемого потиранием яиц щеткой. Уда­валось выводить полноценных гусениц из активированных таким образом яиц.

Б. Л. Астауров (1940—1960) разработал промышленный спо­соб стимулирования развития неоплодотворенных яиц тутового шелкопряда. Используя особые методы обработки яиц тутового шелкопряда высокой температурой и на определенной стадии раз­вития, ему удалось получить в большом количестве партеногенети-ческие бабочки женского пола.

Многочисленные эксперименты по партеногенезу проведены многими исследователями. О. и Р. Гертвиги сообщили о возмож­ности партеногенетического развития яиц морских ежей после об­работки их хлороформом или стрихнином.

Обширные наблюдения были проведены Ж. Лёбом (1913,1916). В частности, он убедился в том, что если яйца морского ежа будут находиться в течение нескольких минут в растворах масляной, уксусной или валериановой кислот, а затем последовательно пере­несены в подщелоченную морскую воду и нормальную воду, то образуется оболочка оплодотворения. Такое же действие оказыва­ют и другие жирные кислоты. Ж. Лёб считает, что во всех указан­ных и иных случаях партеногенеза сначала происходит частичный цитолиз кортикального слоя яйца. Последующая (после действия, например, кислот) обработка яйца подщелоченной морской водой корригирует повреждение поверхностного слоя яйца, в результате чего усиливаются окислительные процессы.

Близки к взглядам Ж. Лёба мысли Ж. Рунстрёма (1949), кото­рый утверждал, что «ключом» для активации яйца является разрушение энзимо-ингибиторного комплекса, находящегося в кор­тикальном слое яйца. Это разрушение вызывается факторами, про­дуцируемыми сперматозоидом; они связывают ингибитор и осво­бождают энзим. Ингибитором, по Рунстрёму, является мукополи-сахарид, сходный или идентичный с веществом желточной оболоч­ки. Гипотезу Ж. Лёба, как и ее дальнейшие видоизменения, нель­зя еще считать вполне обоснованными.

И. Деляж в 1909 г. обрабатывал неоплодотворенные яйца тан-нином и аммиаком (первое вещество вызывает коагуляцию, а амми­ак разжижает). В результате наблюдался партеногенез. Деляж рассматривал активацию яйца как чередование разжижения и коагуляции. Большой интерес вызвали опыты Е. Батайона, про­веденные в 1910 г. Он вызывал партеногенетическое развитие яиц лягушек и жаб уколом иглы, однако процент положительных слу­чаев в опытах оказывался значительно большим, когда он вводил вместе с иглой капли крови или кровяных клеток взрослой лягуш­ки (или соответственно жаб). Батайон думал, что в его опытах удаляются какие-то токсические вещества, находившиеся в неопло-дотворенном яйце. Процесс оплодотворения он рассматривал как «реакцию очищения». Это объяснение опытов Батайона надо счи­тать мало аргументированным.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ И ИСКУССТВЕННЫЙ ПАРТЕНОГЕНЕЗ

Активация яйца к развитию может происходить и без участия сперматозоида. У некоторых животных развитие яиц без оплодо­творения происходит строго закономерно и называется естествен­ным партеногенезом (от греч. parthenos — девственница и genea— развитие). Партеногенез распространен среди насекомых (тлей), низших ракообразных, коловраток, встречается у моллюсков и дру­гих животных. У коловраток в течение лета из отложенных яиц развиваются только поколения самок, которые, в свою очередь, несколько раз откладывают летние яйца, развивающиеся без опло­дотворения. В последних партеногенетических поколениях появля­ются самцы и самки, откладывающие зимние, оплодотворенные, яйца. Своеобразное явление — так называемый факультативный партеногенез — имеет место у пчел, ос и муравьев. После осемене­ния в семяприемнике царицы оказывается много сперматозоидов. Семяприемник устроен так, что самка как бы по произволу может откладывать оплодотворенные или неоплодотворенные яйца. Опло­дотворенные яйца развиваются в личинки рабочих пчел или цариц, а неоплодотворенные — в личинки трутней.

Естественный партеногенез происходит и у некоторых живот­ных (например, у сосальщиков), которые размножаются уже на личиночных стадиях развития. Такой партеногенез называется пе­догенезом.

Возникают два вопроса: 1) генетико-эмбриологический и 2) чисто эмбриологический. Первый вопрос — каков набор хромо­сом у соматических клеток партеногенетически развивающихся животных? У пчел и ос оказывается гаплоидный набор хромосом. В соматических клетках других развивающихся партеногенетиче-ским путем животных (тлей, коловраток, ракообразных) оказыва­ется диплоидный набор хромосом. Последнее обеспечивается раз­ными путями, один из которых заключается в том, что партено­генетически развивающееся яйцо начинает развитие после того, как первое редукционное тельце втягивается обратно и соединяет­ся с ядром яйца. Так происходит у рачка Artemia salina. В других случаях может задерживаться выделение 2-го редукционного тель­ца (у тлей). Редукция числа хромосом может и не происходить (у некоторых орехотворок).

Второй вопрос — каков механизм естественного партеногенеза? Сравним ли он с процессами, происходящими при оплодотворении? К сожалению, эмбриология еще не располагает достаточными дан­ными, чтобы ответить на этот вопрос. Следует думать, что в случа­ях естественного партеногенеза происходят такие же морфологи­ческие и биохимические процессы, и прежде всего в кортикальном слое яйца, какие имеют место при оплодотворении. Какие-то фак­торы внешней среды (а в случаях, подобных факультативному пар­теногенезу у пчел, какие-то эндогенные факторы) играют роль сперматозоидов, обеспечивая «пусковой механизм» активации яйца.

При оплодотворении незамедлительно начинается

 

интенсивный синтез белков, матрицами для которого в течение первых стадий развития служат в основном матричные (информационные) РНК, синтезированные в процессе развития яйцевой клетки. Но тотчас после оплодотворения начинается и синтез новых мРНК. Особенна много доказательств этому дано в опытах Т. Гультина (1950) и Д. Стаффорда (1964) на яйцах морских ежей.

Активацию белоксинтезирующего аппарата в яйцеклетках в связи с оплодотворением можно доказать и в опытах in vitro. Т. Гультин в 1961 г. обнаружил, что рибосомы, выделенные из не-оплодотворенного яйца в бесклеточной среде, оказываются неак­тивными, а рибосомы, выделенные из яйцеклетки через 10 мин по­сле оплодотворения, уже синтезируют белок. Через час после опло­дотворения (начало первого дробления) активность выделенных рибосом достигает максимума.

Ж. Браше (1963) и В. Гличин (1965) отмечали, что в зрелых яйцевых клетках морских ежей до оплодотворения не происходит синтеза РНК. Тотчас после оплодотворения начинается синтез не-рибосомальных типа информационных РНК.

Следует отметить, что синтез белков активируется как при оплодотворении, так и при партеногенезе.

Механизм активации яйца при оплодотворении не выяснен. Из­вестно только, что у морских ежей сначала происходит усиление интенсивности дыхания, разрушение кортикальных гранул, акти­вация некоторых ферментов, а уже затем — лишь через 5—7 мин после оплодотворения наблюдается возрастание синтеза белков. Через 30 мин после оплодотворения яйца морского ежа уровень белкового синтеза возрастает в несколько раз по сравнению с не­оплод отворенным.

Интересный факт обнаружен при изучении рибосом. В резуль­тате оплодотворения происходит быстрое образование полисом-ных структур. В неоплодотворенном яйце морского ежа лишь не­многие рибосомы объединены в полисомы, а через 40—120 мин после оплодотворения 25—40% рибосом объединяются в полисом-ные агрегаты. Благодаря этому постепенному изменению (форми­рование полисом) и возрастает скорость синтеза белка.

Синтез ДНК, согласно данным Ж- Браше (1968), начинается тотчас же после оплодотворения. Несколько позже начинается син­тез РНК, а затем и синтез белков. Однако имеются данные о том, что синтез иРНК начинается также тотчас после оплодотворения.

Из всех данных биохимии можно сделать заключение, что опло­дотворение яйца — это начало работы всего аппарата, от которог» зависит синтез белка, начало функционирования нового ядра, о чем свидетельствует синтез новых иРНК.