РЕГУЛЯЦИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ У ЗЕМНОВОДНЫХ

Яйца земноводных (лягушки, тритоны, аксолотль) очень удобны для исследования. Они достаточно велики, легко освобоЖ-даются из оболочек и весьма выносливы при экспериментировании. Молодые зародыши допускают разделение на части, их перекомбинирование, пересадку зачатков в другое место того же или другого зародыша. Можно производить и обмен зачатками между зародышами разных видов, отличающихся по величй-

Глава II . Регуляция формообразования у земноводных    243

ре или пигментации клеток. Большое значение имеет также возможность культивирования частей зародыша, отдельных зачатков и их комбинаций в солевых растворах. Все это возможно, так как клетки молодых зародышей амфибий достаточно устойчи-_вЫ и снабжены своим собственным питательным материалом в виде рассеянных в их цитоплазме желточных зерен. Поэтому у земноводных, формообразовательные процессы изучены лучше, чем У каких-либо других животных. Результаты этого исследования имеют общее значение. Это ясно показывают значительно более трудные, но все же достаточно многочисленные эксперименты с яйцами и зародышами различных рыб, птиц и даже млекопитающих.

Зрелое яйцо амфибий имеет заложенную еще в яичнике полярную организацию и некоторые признаки двусторонней симметрии. Это выражается в более значительной концентрации крупных желточных зерен в вегетативной половине и меньшей концентрации очень мелких желточных зерен у анимального полюса. В переходной зоне, в районе экватора, и в центральной массе протоплазмы преобладают мелкие и средние желточные зерна. В поверхностном слое анимальной половины яйца находится темный, иногда совсем черный пигмент. Кроме желточных зерен, цитоплазма содержит многочисленные зернистые структуры (митохондрии, липохондрии) и химические вещества (рибонуклеотиды, фосфатиды и др.).

Двусторонняя симметрия намечается вначале только некоторым распространением пигментированного материала в направлении будущей брюшной стороны зародыша. Окончательная структура яйца в норме устанавливается после проникновения сперматозоида. В экспериментальных условиях она еще может быть изменена. После оплодотворения сейчас же возникают токи цитоплазмы, перемещающие желточные массы вегетативного полюса. Так как желток имеет более значительный удельный вес, то и все яйцо несколько поворачивается. Одновременно происходит смещение поверхностного слоя цитоплазмы. В результате этого между пигментированной и непигментированной поверхностью яйца в районе экватора образуется серповидная промежуточная зона, получившая название серого полумесяца (рис. 5). Эта зона отмечает область будущей спинной стороны зародыша.

При дроблении яйца (рис. 6) первые плоскости дробления Проходят вертикально, однако без определенной связи с имеющейся уже плоскостью симметрии. Последующими делениями ^яйцр дробится синхронно на 4, 8, 16 клеток. Вегетативные клетки крупнее анимальных, и их дальнейшие деления запаздывают ^По сравнению с анимальными. Разница в величине клеток поэтому возрастает. Образуется стадия полого пузырька — бластула с толстой, крупноклеточной нижней стенкой и более тонкой, мел-коклеточной, верхней. Вслед за сформированием бластулы раз-

244  Регуляция формообразования в индивидуальном развитии

растается анимальная ее половина, которая по экватору надвигается на вентральную. Вслед за тем в районе серого полумесяца начинаются перемещения клеток, ведущие к образованию щелевидного углубления (бластопора), через верхний край которого клетки анимальной половины вворачиваются внутрь. Клетки анимальной половины все более распространяются по поверхности яйца и охватывают вегетативную половину. Наиболее энергичные движения происходят в спинной области, между анимальным полюсом и упомянутым краем бластопора. Эти движения сливаются в поток клеток, направляющихся назад, к верхнему краю — губе бластопора. Здесь этот поток клеток заворачивает через край бластопора внутрь и продолжает свое

Рис. 5. Образование серого полумесяца в яйце лягушки [Кюн, 1955]

Стрелки — поворот яйца после проникновения сперматозоида; An — анимальный полюс; Veg — вегетативный полюс; X — серый полумесяц

Рис. 6. Дробление яйца Rana silvatica [Кюн, 1955]

1—з — 2-, 4- и 8-клеточная стадия; 4 — крупноклеточная бластула; 5, 6 — мелкоклеточная бластула

 

Глава II . Регуляция формообразования у земноводных 2'г

Рис. 7. Гаструляция у тритона Pleurodeles waltlii [Кюн, 1955]

1 — бластула; 2 — ранняя гаструла; 3 — ранняя нейрула; Ch — хорда; Ek — эктодерма; En — энтодерма; Кб, — головная кишка; М мезодерма; рР — прехордальная пластинка; Н – место вегетативного полюса

 

движение в обратном направлении — вперед, образуя непрерывный второй слой клеток, подстилающих наружный слой клеток спинной области. Край бластопора, имеющий вначале вид небольшой поперечной щели, расширяется по краю клеток ани-мальной половины: он приобретает форму широкой дуги, которая по мере обрастания клеток вегетативной половины превращается в кольцо, все более стягивающееся над вегетативными клетками, которые таким образом попадают внутрь зародыша. По всему этому краевому кольцу происходит, однако, не просто надвигание анимальных клеток, но и их перемещение внутрь, т. е. тот же процесс, который начался в области серого полумесяца. Крупные вегетативные клетки при всех этих движениях играют довольно пассивную роль.

В результате этих первых формообразовательных движений однослойный полый пузырек — бластула — превращается в гаст-РУлу (рис. 7), т. е. в двухслойный зародыш, имеющий уже первичную кишку (энтодерму) со своей полостью и первичные покровы (эктодерму). Нижняя, вентральная стенка первичной кишки составляется из крупных набитых желтком клеток вегетативной половины яйца (собственно энтодерма). Верхняя, дорсальная, стенка, так называемая крыша первичной кишки, составляется из клеток того потока, который ввернулся со ^сцйнной поверхности анимальной половины внутрь через верх-

246   Регуляция формообразования в индивидуальном развитии

ний край бластопора (это зачаток будущей хорды и мезодермы). Эти формообразовательные движения клеток предопределены структурой плазматического содержимого яйца.

Крупные желточные зерна вегетативного полушария яйца являются запасом питательного материала, который позднее входит в состав стенки кишечника и обеспечивает развитие зародыша вплоть до его вылупления из оболочек и формирования личинки, способной к самостоятельному питанию. В ани-мальном полушарии содержится гораздо меньшее количество и притом очень мелких желточных зерен. Кроме того, цитоплазма анимальной половины яйца содержит значительно больше активных веществ — энзимов и рибонуклеиновых кислот, нуклео-тидов и фосфатидов. Большое значение приписывается и белкам, содержащим сульфгидрильные группы (SH-группы), которые концентрируются на анимальном полюсе в районе, где происходят деления созревания яйца. После этого как сульфгидрильные белки, так и рибонуклеиновые кислоты концентрируются главным образом на спинной стороне анимального полушария.

Перемещения клеток в процессе гаструляции приводят к совершенно новым соотношениям. Вегетативные клетки, которые раньше непосредственно соприкасались с внешней средой, оказываются внутри зародыша, ограничивая просвет первичной кишки. Анимальные клетки распространяются по всей поверхности зародыша, образуя его первичные покровы (эктодерму). Однако анимальные клетки краевой зоны, и особенно спинной части оказываются теперь внутри зародыша, составляя крышу первичной кишки, или точнее зачаток хордомезодермы. Этот слой клеток вступает теперь в контакт с поверхностным слоем эктодермы. Раньше под слоем клеток анимального полюса находилась заполненная жидкостью полость бластулы. Теперь в спинной части зародыша под внешним слоем клеток располагается не полость, а второй слой клеток, соответствующий крыше первичной кишки (хордомезодерме), под средней частью которой возникает полость первичной кишки — гастроцель.

Изменение связи с внешней средой (поступление кислорода!) должно привести к изменению метаболизма поверхностных клеток (эктодермы), с одной стороны, и лежащих теперь в глубине, но все же активных клеток крыши первичной кишки (хордомезодермы) — с другой. Естественно, что между этими двумя клеточными пластами должен происходить обмен, по меньшей мере передача кислорода от поверхностных клеток эктодермы к внутренним слоям и передача некоторых веществ от клеток хордомезодермы к клеткам эктодермы.

Таким образом, неизбежно должно установиться физиологическое взаимодействие между слоями клеток, различающихся по своему метаболизму. Это взаимодействие может, очевидно, оказать влияние и на дифференцировку клеток и на формообразо-

Глава II . Регуляция формообразования у земноводных    247

вание соответствующих частей тела. В действительности, начиная с установления контакта между эктодермой спинной области зародыша и крышей первичной кишки, судьба этих частей оказывается предопределенной. Из крыши первичной кишки развивается по средней линии спины центральная скелетная ось — хорда (вокруг которой позднее разовьется позвоночник и задняя часть черепа), а по бокам от нее — мезодерма (из которой позднее разовьются сегментированные боковые мышцы, стенки общей полости тела, почки, половые железы и др.).

Из дорсальной эктодермы, прилегающей к крыше первичной кишки, развивается утолщенная полоса эктодермальных клеток — нервная пластинка (т. е. общий зачаток нервной системы). Образование нервной пластинки является также результатом активного перемещения клеток: клетки нижнего слоя эктодермы анимальной половины гаструлы стягиваются по направлению к средней линии спинной стороны зародыша.

Можно было бы предположить, что здесь опять перед нами внутриклеточное влияние формообразовательных веществ яйца, которые лишь перераспределились при описанных перемещениях клеточного материала. Многочисленные эксперименты показывают, однако, что это не так. Если перемещение материала и было уже предопределено организацией яйца, то новые его дифферен-цировки определяются именно установившимися новыми соотношениями и, в первую очередь, взаимодействием между эктодермой и хордомезодермой.

Индукция осевых органов

Прежде всего была доказана весьма активная роль клеток верхней губы бластопора (т. е. области серого полумесяца яйца). Регуляционная способность зародышей тритонов очень высока, и у них можно получить две совершенно нормальные личинки (и взрослых животных) не только путем обособления первых бластомеров яйца (рис. 8), но и путем разделения молодого зародыша (бластулы или молодой гаструлы) на две равные части. Это достигается перешнуровкой яйца петлей из тонкого волоса. Успех операции обеспечивается, однако, лишь в том случае, если волос пересек верхнюю губу бластопора, так что каждая половина зародыша получает часть этой губы (рис. 9). Уже это показывает значение верхней губы бластопора для формообразования. Она получила даже неудачное название «организатора», так как именно от этого клеточного материала начинайся как будто процесс организации всего зародыша. Многократ-^йо производились опыты пересадки кусочка верхней губы бластопора на другое место, например, на бок другой бластулы или гаструлы (рис. 10). Результат получался совершенно однозначный. Всегда клетки пересаженного кусочка (конечно,

248   Регуляция формообразования в индивидуальном развитии

в случав приживления) активно врастают внутрь и увлекают с собой также прилежащие клетки эктодермы. Они образуют непрерывный слой клеток, перемещающийся под эктодермой вперед по направлению к анимальному полюсу. В этом слое клеток посредине развивается добавочная хорда, по бокам добавочные сегменты осевой мускулатуры, почечные канальцы, а затем и другие органы. Под ними развивается иногда добавочная кишечная полость. В эктодерме на месте ее контакта с ввернувшимся

Рис. 8. Перешнуровка дробящегося яйца тритона [Дюркен, 1929]

1 — разделение бластомеров на стадии незавершенного первого деления (стадия «гантели»); 2 — получившиеся два эмбриона-близнеца в общей яйцевой оболочке

Рис. 9. Перешнуровка оплодотворенного не дробящегося яйца тритона [Гексли и де Вер, 1936]

1 — яйцо тритона, разделенное в горизонтальной плоскости на дорсальную и вентральную половины; 2 — нормальный эмбрион, развившийся из дорсальной половины; 3 — бластулоподобный шар, не способный к дальнейшему развитию, образовавшийся из вентральной половины, не содержавшей области «организатора»; 4 — яйцо тритона, разделенное в сагиттальной плоскости; 5 — нормальные эмбрионы, развившиеся в результате разделения 4, при котором в каждую половину яйца попала часть области «организатора»

Глава II . Регуляция формообразования у земноводных    249

слоем клеток развивается добавочная нервная пластинка, затем завертывающаяся в трубку; сзади развивается хвост. Таким образом, на боку зародыша — хозяина — развивается добавочный, _как бы паразитирующий на нем второй зародыш. Как показыва-jox опыты пересадки губы бластопора с одного вида тритона на другой, отличающийся по своим клеткам, почти вся эта организация развивается на месте из материала хозяина, а пересаженный материал образует лишь небольшую часть осевых органов

Рис. 10. Индукция дорсальной губой бластопора [Кюн, 1955]

¹ ~~⁴ — схема операций; 5—9 — зародыши обыкновенного тритона с трансплантатами дорсальной губы бластопора; 5, 6 — нейрула хозяина (5 — вид с дорсальной стороны, нервная пластинка хозяина; б — вид с вентральной стороны, индуциро-^ванная нервная пластинка); 7 — зародыш с индуцированным дополнительным за-Родышем на боку; 8 — поперечный срез того же зародыша; 9 — другой зародыш ^с хорошо развитым дополнительным зародышем; So ' — сомит индуцированного за-Родыша; Vn — почечные канальцы хозяина; Vn '— почечные канальцы индуцирован-^н°го зародыша

250  Регуляция формообразования в индивидуальном развитии

(хорды и иногда сомитов). В этом видна как будто организующая роль губы бластопора. В действительности можно отметить лишь две особенности, характеризующие клеточный материал верхней губы бластопора. Во-первых, он энергично врастает внутрь под эктодерму и дает затем начало клеткам хорды и мезодермы, как и должно бы быть по его происхождению. В этом видна некоторая способность к самодифференцированию. Во-вторых, он вовлекает в свои движения соседний эктодермальный материал, который затем приобретает все свойства типичной хордомезодермы. В этом выражается его способность к индукции. Такое явление уподобления клеток называется ассимиляторной индукцией.

Свойства материала верхней губы бластопора этим не ограничиваются. Образовав зачаток хордомезодермы и вступив в контакт с эктодермой, тот же клеточный материал вызывает в ней образование нервной пластинки. Таким образом, материал хордомезодермы не только может побудить развитие чуждого материала в том же самом направлении, в котором он развивается сам, но может вызвать в соседней части развитие совсем другого органа. Это явление также называется индукцией. В отличие от ассимиляторной индукции иногда говорят в таких случаях о гетерогенной индукции. Существование обеих форм индукции доказано очень многочисленными экспериментами. Наличие ассимиляторной индукции было подтверждено следующим красивым экспериментом: производилась пересадка меченого с помощью прижизненной окраски чуждого материала — эктодермы, взятой с боковой стороны зародыша, в область верхней губы бластопора. После того как этот материал ввернулся внутрь и вошел в состав крыши первичной кишки, окрашенный кусочек извлекли оттуда и пересадили под эктодерму другому зародышу. Здесь на новом месте контакта развилась добавочная нервная пластинка. Следовательно, чуждый материал, внесен-вый в область крыши первичной кишки, сам приобрел все свойства последней и, в частности, способность индуцировать нервную систему.

При ассимиляторной индукции материал разного происхождения вовлекается в одни и те же условия клеточного метаболизма, и пет оснований думать, что при этом происходит непременно передача каких-то специфических веществ. При гетерогенной индукции дело обстоит иначе. Трудно сказать, каково значение ассимиляторной индукции в нормальном развитии. Однако гетерогенная индукция является, несомненно, одним из основных выражений формообразовательного значения взаимодействия частей в индивидуальном развитии.

Явление индукции нервной пластинки послужило объектом исследования множества экспериментов, выполненных разными учеными. Невозможно дать полный обзор их результатов. Мы

Глава П. Регуляция формообразования у земноводных    251

остановимся только на самом существенном, относящемся к на-pieH основной теме. В процессе индукции происходит действительно стойкое преобразование материала, а вовсе не простая активация каких-либо местных свойств материала. Эктодерма _сама по себе, взятая даже из спинной области бластулы или молодой гаструлы, не может дать начало чему-либо организованному, даже эпидермису. Это показывают опыты искусственного из-

Рис. 11. Экзогаструляция у аксолотля [Кюн, 1955]

1, 2 — схемы передвижения материала; 3 — более старший экзогаструлировавший зародыш; Со — целом; Dud — тонкая кишка; Ed — хвостовая кишка; Кг — головная кишка; Кти — мускулатура головы; Mh — ротовая полость; Us — сомиты; Vn — почка

вращения процесса гаструляции (рис. 11) при помещении бластулы в гипертонический солевой раствор. Гаструляционные движения происходят в другом направлении, чем в норме. Материал верхней губы и всей краевой зоны не вворачивается внутрь, а обрастает вегетативные клетки снаружи, и это приводит к тому, что хорда образуется на поверхности, а клетки мезодермы врастают между нею и массой вегетативных клеток. После этого весь зародыш покрывается энтодермой, в которой происходят характерные дифференцировки различных отделов кишечника с железами, жаберными мешками и даже вкусовыми Точками на переднем конце. Весь этот кишечник оказывается вывернутым наизнанку (внутренней поверхностью наружу). ** мезодерме также путем самодифференцирования образуются Мышцы, полость тела и почечные канальцы. Однако в собственно ЗДтодерме, которая  остается снаружи в виде обособленного

252  Регуляция формообразования в индивидуальном развитии

мешка, не происходит никакой дифференцировки. Зародыш ц₀, лучается без зачатка нервной системы, так как эктодерма не могла вступить в контакт с хордомезодермой.

То же самое показывают и опыты культивирования различных частей раннего зародыша в стерильных изотонических солевых растворах (раствор Гольтфретера). Части энтодермы дают путем самодифференцирования начало тем или иным отделам кишечника соответственно их происхождению (мозаичное развитие). Однако части эктодермы тритонов совершенно не способны к какой-либо дифференцировке (в чистой культуре, т. е. без других тканей). Брюшные части краевой зоны дают в культурах путем самодифференцирования почечные канальцы, кровь и части кровеносной системы, которые нормально развиваются из латеральных частей мезодермы. Спинной отдел краевой зоны, т. е. материал, который нормально вворачивается через верхнюю губу, дает начало в средней части хорде и по бокам — осевой мускулатуре (сомитам), в изолированном состоянии хорошо дифференцируется, но не самоорганизуется. В культурах куски, даже из средней части, которые нормально дают хорду, развиваются не только в ткань хорды, но и в мышцы. Кроме того, они. дают нередко и совершенно чуждые образования — эпидермис, нервную ткань и даже части мозга. Из боковых частей того же отдела, нормально дающих начало мускулатуре тела, развиваются в изолированных культурах также куски хорды и нервная ткань, т. е., безусловно, чуждые дифференцировки. Это показывает, что в организме имеются не только факторы, стимулирующие образование разнородных дифференцировок, но и тормозящие влияния, не допускающие некоторые из возможных дифференцировок.

Ни эктодерма, ни материал верхней губы бластопора сами по себе не способны дать начало чему-либо организованному. Только во взаимном контакте решается вопрос о их закономерном расчленении и развитии. Те самые куски материала краевой зоны, которые, будучи изолированы, дают (в эксплантате) начало почти всему, чему угодно, развиваются при пересадке под эктодерму (в имплантате) исключительно в хорду и мускулатуру. То же самое происходит и в культурах (в эксплантатах), если кусочек краевой зоны культивировать в обвертке из индифферентной эктодермы. В этом случае из материалов краевой зоны развиваются хорда и мускульные сегменты тела, а в прилежащей эктодерме индуцируются и развиваются различные отделы центральной нервной системы и связанные с ними органы чувств.

Все эти опыты, так же как и многие опыты взаимных пересадок, ясно показывают значение взаимодействия между материалом хордомезодермы и эктодермы. Материал хордомезодермы (т. е. ввернувшийся материал дорсальной области краевой зоны) возбуждает клеточные перемещения в нижнем слое эктодермы,

Глава П. Регуляция формообразования у земноводных    253

_иХ концентрацию и преобразование в закладку нервной системы. С ДРУ^Г0И стороны, нервная пластинка оказывает обратное воздействие на крышу первичной кишки, организуя ее и подавляя _в ней способность к образованию чуждых для данного места образований — эпидермиса, нервной ткани. В крыше первичной киптки образуются по бокам мускульные сегменты, которые в свою очередь влияют на материал нервной пластинки и определяют по ее краям такое же сегментальное расположение нервных узлов.

Возможность тормозящего влияния можно иллюстрировать еще следующим примером. Эктодерма из бластулы лягушки образует в эксплантате неорганизованную массу. Однако в отличие от эктодермы хвостатых земноводных, в ней дифференцируется железистое образование — присоска. Последняя развивается нормально в виде парного образования на переднем конце головы. В эксплантате в каждом куске эктодермы, взятом с любого места зародыша, всегда развивается по одной присоске, иногда огромной величины. Таким образом, вся эктодерма способна дать начало присоске. Однако нормально в зародыше развивается только одна пара присосок на брюшной стороне передней части головы, под влиянием контакта со стенкой передней кишки. Последняя изолирует эктодерму от влияния мезодермы и тем самым определяет место закладки и ее парность. При отсутствии этого контакта, т. е. в остальной части тела, способность к образованию присосок подавляется подлежащей мезодермой.

---

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 338; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!