Введение в общую эмбриологию - Белоусов Л.В.

Автор: Белоусов Л.В.

Теги: эмбриология животных онтогенез развитие отдельных организмов учебник иллюстрации эмбриологические признаки характеристики стадии развития

Год: 1980

Похожие

Эволюционная эмбриология позвоночных

Основы общей эмбриологии

Эмбриология

Сравнительная эмбриология цветковых растений Т.1

Текст

Л. В. БЕЛОУСОВ
ВВЕДЕНИЕ
В ОБЩУЮ
ЭМБРИОЛОГИЮ
Допущено
Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебника
для биологических специальностей
университетов
ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
1980
УДК 591.3
Рецензенты:
кафедра зоологии беспозвоночных животных
Харьковского госуниверситета
(зав. каф. канд. биол. наук В. П. Кудокоцев),
докт. биол. наук Т. А. Детлаф
Белоусов Л. В.
Введение в общую эмбриологию. М.: Изд-во МГУ
1980 г. 21003. 216 с. с ил. Библиография.
В пособии освещаются основные разделы курса общей эмбриологии: ис-
тория эмбриологии, развитие половых клеток, оплодотворение, гаструляция,
нейруляция и закладка осевых органов у позвоночных и т. д. Даются све-
дения по сравнительной эмбриологии различных классов позвоночных жи-
вотных. Излагаются современные представления о причинных механизмах
развития и о процессах клеточной дифференцировки Важное место уделено
процессам роста, основным закономерностям сравнительно-эволюционной
эмбриологии и характеристике современного состояния динамической теории
морфогенеза, проблемам пространственной организации эмбрионального раз-
вития.
BoWT^ 119-80 2005000000
(J) Издательство Московского университета, 1980 г.
Книга написана на основе лекций по общей эмбриологии,
читающихся на биологическом факультете Московского государ-
ственного университета. Она освещает прежде всего те разделы
индивидуального развития, которые по сложившейся традиции при-
нято относить к общей эмбриологии, а именно — гаметогенез,
дробление, гаструляцию и формирование основных закладок, а
также общие закономерности формообразования, клеточной диф-
ференцировки и ростовых процессов. Вопросы регенерации, беспо-
лого размножения, метаморфоза и других постэмбриональных про-
цессов не вошли в нее из-за сравнительно малого объема издания.
Вместе с тем больше места, чем обычно, занимают некоторые
разделы истории эмбриологии (.посвященные обсуждению теоре-
тических концепций данной науки), а также страницы, где рас-
сматриваются механизмы формообразования, эмбриональные регу-
ляции и пространственная организация онтогенеза. Сделана, может
быть, рискованная попытка посвятить целую главу (глава 11) со-
временному состоянию динамической теории морфогенеза, которая
лишь начинает в общих чертах вырисовываться. Последняя (12-я)
глава трактует вопросы сравнительно-эволюционной эмбриологии,
где в наши дни возрождаются и намечаются заново многие инте-
ресные тенденции. Все эти несколько необычные для общего курса
новшества отражают мое убеждение в том, что, если мы хотим
обеспечить научный прогресс, студенты университетов должны
знакомиться не только с накопленными к сегодняшнему дню фак-
тическими данными, но и с новыми, едва нарождающимися теоре-
тическими ростками. Для современной эмбриологии, которая, по-
видимому, подошла к глубоким сдвигам, это особенно необходимо.
Речь идет не только о тех также новых и актуальных проблемах,
над которыми интенсивно работают во многих странах мира, на-
пример о проблеме генетических механизмов развития, но и о под-
ходах к пониманию общих принципов пространственно-временной
организации онтогенеза. Эти принципы привлекают сейчас при-
стальное внимание представителей физико-математических дисци-
плин, и нам уже сегодня надо начать готовиться к смещению или
полному «размыву» традиционных границ между науками и к по-
явлению совершенно непривычных, синтетических отраслей знания.
Как показал мой педагогический опыт, злободневные и нере-
шенные теоретические вопросы не только сами по себе живо вое-
принимаются студентами, но и способствуют более сознательному
усвоению основной, фактической части курса. Притом структура
данного руководства такова, что как студент, так и вузовский пре-
подаватель сможет без ущерба для связности изложения опустить
теоретические разделы и принять во внимание лишь те главы, ко-
торые содержат более традиционный материал.
Автор выражает искреннюю признательность профессору
Т. А. Детлаф, доценту Н. В. Дабагян и доценту В. П. Кудокоцеву
за их внимательное отношение к данной работе и критические за-
мечания, которые по возможности были учтены. Я благодарен так-
же профессору Д. С. Чернявскому за обсуждение текста 11-й гла-
вы. Считаю своим долгом выразить признательность художникам
Л. М. Езрубильской и Л. В. Ракитиной за изготовление иллюстра-
ций, а также Л. А. Слепцовой и Л. X. Ганиевой за техническую
•помощь.
ЛИТЕРАТУРА
Общая
БодемерЧ. Современная эмбриология. М., «Мир», 1971.
Д ь ю к а р Э. Клеточные взаимодействия в развитии животных. М., «Мир»,
1978.
Зуссман М. Биология развития. М.» «Мир», 1977.
Иванов П. П. Общая и сравнительная эмбриология. М.—Л., Биомедгиз,
1937.
Иванов а-К а з а с О. М. Общая и сравнительная эмбриология. М.—Л.,
Биомедгиз, животных, вып. 1 (простейшие и низшие многоклеточные). Ново-
сибирск, «Наука», 1975. Вып. 2 (трохофорные, щупальцевые, щетинкочелюстные,
погонофоры). М., «Наука», 1977. Вып. 3 (иглокожие и полухордовые). М., «На-
ука», 1978. Вып. 4 (низшие хордовые). М., «Наука», 1978.
Объекты биологии развития. М., «Наука», 1975.
Светлов П. Г. Физиология (механика) развития, т. 1, 2. Л., «Наука»,
1978.
Т о к и н Б. П. Общая эмбриология. М., «Высшая школа», 1970.
В а 1 i и s к у В. I. Introduction to general embryology. Phil.—L., Saunders
Company, 1965.
Глава 1
ПРЕДМЕТ
И ИСТОРИЯ ЭМБРИОЛОГИИ
Предмет эмбриологии. — История эмбриологии. —
Античная эмбриология. — Эмбриология на заре
Нового времени. — От Вольфа до Бэра. — Эволю-
ционная эмбриология. — Механика развития. —
Современная эмбриология. — Прикладные направ-
ления эмбриологии
Предмет эмбриологии
Слово «эмбриология» произошло от греческих слов em Ьгуо —
в оболочках. Этим хотели сказать, что эмбриология исследует те
стадии развития организма, которые проходят до вылупления ор-
ганизма из яйцевых оболочек. Иными словами, эмбриология пер-
воначально рассматривалась как наука о зародышах.
Но сегодня такое определение уже не охватывает полностью
предмет эмбриологии. Ее интересуют все процессы, слагающие
развитие особи, когда бы они ни происходили — до вылупления
зародыша или позже, в постэмбриональный период. К постэмбрио-
нальным процессам развития относятся рост, метаморфозы, явле-
ния бесполого размножения и регенерации. Даже стационарное,
неизменное состояние взрослого организма — это тоже в извест-
ном смысле процесс развития, так как оно обеспечивается благо-
даря непрерывному обновлению клеток и тканей. Поэтому можно
сказать, что в предмет эмбриологии входит весь онтогенез,
т. е. индивидуальное развитие особи.
Однако определение предмета эмбриологии еще недостаточно
выявляет ее специфические отличия от других биологических дис-
циплин. Понятно, например, что в ходе эмбрионального и пост-
эмбрионального развития протекают разнообразные биохимичес-
кие превращения, физиологические процессы, гистологические пе-
рестройки. Все они служат предметом рассмотрения соответствую-
щих дисциплин. Чем же отличается от них эмбриология и есть ли
нужда в ее самостоятельном существовании?
Присматриваясь к типичным биохимическим, физиологичес-
ким и многим цитологическим процессам, можно убедиться, что
их характерный признак — цикличность: совершив .процесс,
система возвращается в прежнее состояние. Примерами служат
различные биохимические циклы, циклическая работа возбудимых
систем, изучаемых физиологией, клеточные циклы, циклические
изменения в секретирующих клетках. Между тем в ходе жизни
5
организма происходят и ациклические процессы, как прави-
ло, .не связанные с возвращением в исходное состояние. Эмбрио-
логия, в противовес биохимии, физиологии, гистологии и другим
биохимическим дисциплинам, изучает именно ациклические (пре-
имущественно необратимые или трудно обратимые) процессы он-
тогенеза. Ациклические процессы, выходящие за пределы онто-
генеза (филогенетические процессы), в предмет эмбриологии не
входят и изучаются теорией эволюции.
Каковы же исследуемые эмбриологией ациклические процес-
сы? До некоторой степени условно можно выделить три категории:
рост, формообразование (морфогенез) и клеточная
дифференцировка (клеточная дифференциация, цитодиффе-
ренцировка) 1. Рост определяется как ациклический процесс уве-
личения массы или размеров целого организма или какой-либо
его части; формообразование — ациклическое изменение формы
организма или его части; клеточная дифференцировка — ацикли-
ческие изменения химического состава и внутренней структуры.
В более широком смысле дифференцировкой можно назвать воз-
никновение любых (в том числе и чисто размерных или чисто
геометрических) различий между любыми частями, ранее поэтому
признаку неразличимыми.
Таким образом, мы можем определить эмбриологию как науку
о процессах формообразования, клеточной дифференцировки и
роста в индивидуальном развитии животных.
Не следует думать, что названные ациклические процессы
совсем не связаны с циклическими. Напротив, любой эмбриональ-
ный процесс может быть в конечном счете разложен на цикличес-
кие процессы клеточного и молекулярного уровня. Но при таком
разложении исчезает важнейшее «целостное» свойство ацикличес-
ких процессов — их пространственн о-в ременная орга-
низация. Между тем именно эта организация представляет
собой важнейшую черту индивидуального развития. Поэтому свое-
образие подхода эмбриолога перед подходом, положим, биохими-
ка, состоит в том, что эмбриолога непременно будет интересовать
место и значение элементарных процессов в целостном потоке
развития. Он должен стремиться по возможности тесно увязывать
между собой процессы различных структурных уровней — моле-
кулярного, клеточного, надклеточного, организменного. Этим эм-
бриология и отличается от таких наук, как биохимия, цитология,
гистология, располагающихся по преимуществу в пределах одного
уровня. Французский математик Р. Том (Thom) образно назвал
эмбриологию вертикальной наукой в противоположность другим
отраслям биологии, названным горизонтальными.
1 Некоторые явно ациклические процессы принято относить к предмету
физиологии. Таковы, например, физиологические явления, связанные с запо-
минанием. По современным представлениям, однако, эти процессы обла-
дают несомненной внутренней близостью к клеточной дифференцировке, т. е.
к типично эмбриональным процессам.
6
История эмбриологии
Охарактеризовав в самых общих чертах предмет и специфику
эмбриологии, обратимся к обзору ее истории. При этом, наряду с
историей накопления эмбриологических фактов, мы попытаемся
проследить связь истории эмбриологии с важнейшими сдвигами
в научном |Мировоззре1Н1Ии человечества. Мы увидим, что история
эмбриологии весьма богата и что в нее были вовлечены в той или
иной степени многие величайшие умы человечества. Вместе с тем
история эта полна блужданий и неожиданных поворотов.
Ознакомление с историей науки важно еще и потому, что у
незнакомого с ней исследователя обычно бытует убеждение о са-
моочевидности и вековечности того, нередко случайного, набора
методологических установок, которыми он осознанно или безотчет-
но пользуется. Для эмбриологии подобная ситуация особенно ти-
пична. Наверное, больше нигде мы не встретим такого пестрого
набора одновременно существующих, но подчас противоречивых
принципов. Осознание исторических корней этого положения как
ничто другое очищает кругозор и способствует непредвзятости.
Античная эмбриология
Рождение и развитие организмов изумляло человека во все
времена. В донаучный период оно породило много легенд и мифов,
определило ряд традиций. Некоторые достоверные сведения по эм-
бриологии наиболее знакомых человеку животных были накопле-
ны еще на Древнем Востоке — в Китае, Индии, Египте, Двуречье.
Но только в Древней Греции около VI в. до н. э. были заложены
теоретико-философские основы естественных наук. Учение о раз-
витии природы и организмов занимало одно из главных мест в
творениях первых греческих философов — Фалеса, Геражлита, Эм-
педокла, Анаксагора (VI—V вв. до н. э.) Более конкретные мысли
о развитии зародышей высказывал знаменитый* древнегреческий
врач и философ Гиппократ (460—377 г. до н. э.). В приписываемом
ему сборнике содержатся высказывания, которые могут считаться
первой научной теорией формообразования. Гиппократ предпола-
гал, что зародыш строится под действием «внутреннего огня».
Части, более податливые огню, выгорают, и на их-месте образуют-
ся полости. Другие лишь ссыхаются и уплотняются, «и из них
получаются стенки полостей. Так, по представлениям Гиппократа,
возникают, например, органы пищеварительного тракта. Гиппократ
писал также: «Все части образуются в одно и то же время. Все
части отделяются друг от друга одновременно и таким же обра-
зом растут».
Эти воззрения интересны в двух отношениях. Во-первых, поль-
зуясь сегодняшней терминологией, мы должны назвать их строго
механистичными: по мнению Гиппократа, органическое раз-
витие вполне объяснимо обычными «неорганическими» причинами.
7
Во-вторых, они принадлежат к концепциям преформацион-
ным, о которых позже мы будем много говорить. Характерные
черты преформационных концепций следующие: признание изна-
чальных различий между частями зародыша (у Гиппократа — раз-
личия в «податливости» к огню) и мнение, что «отделение частей»
(дифференцировка) происходит в некоторый начальный момент
развития, а дальше идет лишь рост.
Существенно иными были взгляды одного из величайших
мыслителей человечества — Аристотеля (384—322 до н. э.). Эм-
бриологические сведения, которыми располагал Аристотель, и его
воззрения на развитие подробно изложены в сочинении «О возник-
новении животных». Аристотель знал о развитий куриного зароды-
ша уже почти все, что можно увидеть без специальной обработки
невооруженным глазом. Располагал он немалыми сведениями по
анатомии и физиологии многих других организмов. Но огромное
влияние Аристотеля на последующее развитие науки более всего
связано с его теоретико-философскими представлениями. Дело
в том, что понятие формы, столь близкое эмбриологии, Аристотель
провозгласил одним из основных понятий натурфилософии вооб-
ще, приложимым не только к живой, но также и к неживой при-
роде. При этом Аристотель понимал «форму» как активное нача-
ло, обладающее энергией, — способностью формировать пас-
сивную материю. Активную форму Аристотель отождествлял с
мужским началом, пассивную материю — с женским. Формообра-
зование для Аристотеля было неразрывно связано с идеей целе-
сообразности.
Такой не совсем привычный для нас аспект имел различные
оправдания. Прежде всего тезис о целесообразности всего сущего
был одним из центральных утверждений философии Платона —
учителя Аристотеля. Затем организмы, с формой и функциями
которых тогда только начинали знакомиться, поражали в первую
очередь именно целесообразностью, кажущейся разумностью сво-
его устройства. Напрашивалось их сравнение с изделиями чело-
веческих рук. В связи с этим Аристотель счел недостаточными для
объяснения развития те, по нашей терминологии — «механические»,
причины, к которым сводил все дело Гиппократ. По Аристотелю,
все природные явления не определяются не только наличием нуж-
ного «неоформленного» материала («материальная причина» —
causa materialis) и начальным толчком («действующая причина» —
causa efficiens), но также «формальной причиной» (causa formalis)
и «финальной причиной» (causa finalis) развития. Последняя есть
«цель» данного процесса, та форма, к которой он стремится: «Древ-
ние натурфилософы не видели, что причин много. Они видели
только материальную и действующую причину и даже не умели
различать их и вовсе не стремились исследовать форму и конеч-
ную причину. Что они [действующие причины] необходимы, это
верно, но все же они существуют для определенной цели и ради
наиболее совершенного, что есть в данном случае...»
8
Тесно связывая понятие «цели» с конечной формой, которую
достигает организм, Аристотель уподоблял ее образу готового из-
делия в представлении мастера: «...Теплое и холодное делает же-
лезо твердым и мягким, а меч делает движение инструментов,
заключающее в себе правило искусства...»
Возражая Гиппократу, Аристотель считал (и аргументировал
конкретными примерами), что органы возникают не все сразу,
а постепенно, один вслед за другим из бесструктурной вначале
массы. Такое представление сделало Аристотеля основателем
эпигенеза — противоположного преформизму учения о посте-
пенном развитии, связанном с усложнением организации. Пред-
восхищая науку наших дней, Аристотель ставил даже вопрос о
влиянии более ранних зачатков на более поздние, но склонялся
к отрицательному на него ответу. По его мнению, между рядом
расположенными органами (например, сердцем и зачатком крыла
цыпленка) так мало общего, что один из них никак не может
определять развитие другого. В такой аргументации снова сквозит
приверженность Аристотеля к «финальным причинам», в которых
должна заключаться ясная «цель», ясный образ возникающего
органа.
Эмбриология на заре Нового времени
Натурфилософские воззрения Аристотеля оказали огромное
и в известном смысле противоречивое влияние на последующее
развитие науки. В средние века его представления о финальных
причинах, которые у самого автора носили недогматический,
«пробный» характер, были догматизированы и слиты воедино с
христианскими религиозными представлениями о совершенстве
всего сущего. Подобные представления об абсолютном совершен-
стве, абсолютной целесообразности, к которой стремится все в
природе, легли в основу телеологического мировоззрения.
Наука нового времени, зародившаяся на рубеже XVI—XVII вв.,
должна была с первых же своих шагов вступить в борьбу с телео-
логическим мировоззрением, с понятием конечных причин. Борьба
эта началась в сфере неорганических наук. Английский философ
Френсис Бэкон (1561—1626) один из первых говорил о ненуж-
ности конечных причин. В механике, созданной Галилеем* и Нью-
тоном, их окончательно отвергли и оставили только действующие
причины. В биологии положение оказалось сложнее: категорию
целевых причин успешно использовал йе только английский фи-
зиолог У. Гарвей для познания сущности кровообращения, но и
французский зоолог XIX в. Ж. Кювье, автор принципа функцио-
нальных корреляций. В сильно измененном виде целевой (телео-
номический) подход сохраняет в биологии значение и по сей день
(подробнее об этом — в гл. И).
9
Другой важнейший сдвиг в мировоззрении Нового времени по сравнению
с античностью состоял в смене статического взгляда на мир динамическим.
В центре внимания античных мыслителей были постоянные числа, неподвижные
фигуры, идеальные «цели»; перед мыслителем Нового времени мир предстал
как совокупность процессов. Этот переход от статики к динамике нашел
свое первое выражение в аналитической геометрии великого французского
мыслителя Рене Декарта (1596—1650) и в созданном им же понятии перемен-
ной величины, меняющей свои значения, но сохраняющей при этом инвариант-
ную сущность (принцип «себетождественности»). Переменные величины Декар-
та — это прообраз понятия закона процесса — важнейшей объяснитель-
ной категории современной науки.
Таким образом, в науке Нового времени сложились два несводимых друг
к другу принципа объяснения — Действующие причины и законы процессов.
Уже начиная с Декарта возникло стремление уменьшить количество независи-
мых причин и расширить сферы действия инвариантных законов. Можно сме-
ло сказать, что таков магистральный путь науки Нового времени. Но в эм-
бриологию эти принципы проникали с большим опозданием. Так, возникшее
примерно 100 лет тому назад направленное внимание к действующим причи-
нам («механика развития» В. Ру) не сопровождалась интересом к построению
законов процессов. Иной подход начинает утверждаться в эмбриологии лишь
в наши дни.
Обратимся теперь непосредственно к эмбриологии Нового
времени. Первые после античной эпохи систематические наблюде-
ния над развитием цыпленка относятся, по-видимому, к концу
XVI в. и принадлежат итальянскому натуралисту Альдрованди
(1522—1605). Вслед за ним еще более подробные описания дали
его ученик Койтер (1534—1576) и Фабриций (1533—1619). Послед-
ний описал и изобразил зародышей многих позвоночных. Но его
работы имели скорее анатомический характер и не давали пред-
ставлений о последовательном ходе развития. Огромную роль в
развитии эмбриологии, как и всей биологии, сыграло появление
в начале XVII в. микроскопов. Натуралисты того времени начали
исследовать, часто в беспорядке, множество невидимых ранее
объектов и процессов микромира. Из числа первых микроскопис-
тов особенно существенный В1клад «в эмбриологию внесли голланд-
цы А. Левенгук (1632—1732) и Я. Сваммердам (1637—1680),
итальянец М. Мальпиги (1628—1694). Одним из важнейших от-
крытий в эмбриологии стало обнаружение Левенгуком спермато-
зоидов в 1677 г. Этот же исследователь в 1695—1700 гг. изучил
партеногенез у тлей. Сваммердаму принадлежат первые исследо-
вания по метаморфозу насекомых, а Мальпиги — по многим воп-
росам микроскопической анатомии, а также развитию органов
зародыша4 курицы. Быстрое накопление фактического материала
оживило и теоретические аспекты эмбриологии; возникло стрем-
ление к осмыслению полученных фактов. С этого времени в тече-
ние двухсот лет теоретическая работа в эмбриологии в значитель-
ной мере сводилась к борьбе двух зародившихся еще в античные
времена течений — преформизма и эпигенеза.
Если представить себе изумление первооткрывателей микро-
мира, увидевших множество тончайших структур там, где нево-
оруженный глаз ничего не различал, и если учесть специфику раз-
вития наиболее доступных для них объектов — метаморфизирую-
10
щих насекомых, то нетрудно понять, что игр ед почтение они долж-
ны были отдать преформизму. Действительно, основной аргумент
древних эпигенетиков — бесструктурность ранних зачатков — под
напором микроскопических наблюдений вынужден был отступить.
Оказалось, что и в бутонах растений, и в личинках насекомых
существуют крошечные зачатки взрослых органов. Под впечатле-
нием этих данных некоторые авторы забегали много дальше не-
посредственно увиденного и изображали, например, внутри спер-
матозоида целиком сформированного человечка (рис. 1). Среди
Рис. 1. Иллюстрация взглядов префор-
мистов-анималькулистов: фантастиче-
ские изображения сперматозоидов че-
ловека (из книги XVII в.; по Нидхему)
историков нет полного едино-
душия в интерпретации этого
знаменитого рисунка. Раньше
считалось, что его автору
действительно виделся в
сперматозоиде «человечек» со
всеми органами, позже воз-
никло 'мнение о чисто символи-
ческом характере таких изо-
бражений. Но эти различия
не так уже существенны. Сто-
ронников мнения, что все де-
тали строения предсуществуют
и предраспределены в сперма-
тозоиде, стали называть пре-
формистами - анималькулиста-
ми (animalculum — спермий).
Были и преформисты-овисты,
считавшие, что все детали
взрослого организма сформи-
рованы внутри яйца. Поводом
к этому послужило открытие
партеногенеза, а также еди-
ничное 'наблюдение. Мальпиги
о развитии цыпленка из нена-
оиженного яйца (ирич,иной тому
была, как полагают, жаркая
погода). Появлялись изобра-
жения ^реформированного в
яйце человеческого зародыша,
который в дальнейшем якобы только растет (рис. 2). Конечно, эти
изображения совершенно не соответствуют действительности.
Итак, преформизм XVII в. — это учение, возникшее в основ-
ном благодаря необоснованной экстраполяции некоторых микро-
скопических данных и утверждающее, что все детали строения
будущего организма предсуществуют и предраспреде-
лены с самого начала развития в том же пространственном
порядке, в каком они расположены у взрослого животного. Пре-
формисты допускали не новообразование частей, а лишь их рост.
11
О взаимных перемещениях частей зародыша и глубоких измене-
ниях их формы тогда, по-видимому, вообще мало думали.
Если быть последовательным преформистом, то необходимо
заключить, что в яйце или в сперматозоиде преформирована
структура организма не только ближайшего, но и всех последую-
щих (потенциально бесконечного числа) поколений. Это не каза-
Рис. 2. Иллюстрация взглядов преформистов-овистов: фантастическое изоб-
ражение вскрытого яйца человека двухнедельного возраста и «скелетов»
плодов человека якобы двух-, трех- и шестинедельного возраста (по Нид-
хему)
лось преформистам абсурдным. Вплоть до XVIII в. была широко
распространена «гипотеза -вложения», согласно которой тела по-
томков действительно вложены друг в друга, как русские матреш-
ки. Некоторые только что открытые явления, например личиноч-
ное размножение у тлей (в теле личинки обнаружили зародышей
следующего поколения), рассматривались как прямое подтвержде-
ние этой гипотезы. Сторонником гипотезы вложения был великий
немецкий философ и математик Лейбниц. Эта гипотеза была тесно
связана с его философскими воззрениями, во многом противопо-
ложными декартовым.
Декарт в своей философии отрицал какие бы то ни было специфические
качества, оставляя телам различия лишь в протяженности (т. е. сводил
физику к геометрии). Основа мировоззрения Лейбница, напротив,— качест-
венные различия между телами. Мир, по Лейбницу, состоит из замкнутых
невзаимодействующих сущностей — монад, среди которых нет двух одинаковых
и число которых никогда не меняется. По собственному определению Лейбни-
ца, его философия — это «философия отдельных точек». Пространственное по-
ложение, занимаемое монадой, есть, для Лейбница, функция природы этой мо-
нады, а не наоборот. Запомним это положение и сравним его потом с основ-
ными закономерностями современной эмбриологии. Такие воззрения, естествен-
12
но, делали Лейбница крайним преформистом и сторонником гипотезы -вло-
жения.
Длительное время, пока биологи занимались в основном описанием жи-
вого мира, мировоззрение Лейбница было для них несравненно адекватнее
декартова. Вопрос об общих, охватывающих законах или вовсе не ставился,
или решался в античном духе, отождествляясь с неким идеальным статичным
«прототипом» (натурфилософия начала XIX в.). Мы постараемся показать, что
и возникшая позже, в конце XIX в., механика развития была механикой ско-
рее в лейбницевом, нежели в декартовом смысле. Теперь же вернемся к исто-
рии самой эмбриологии.
Противников преформизма, отрицавших изначальное (предоп-
ределение, было в XVII в. немного. К ним нередко причисляют
великого английского физиолога У. Гарвея (1578—1657), автора
термина «эпигенез». Однако Гарвей занимал *в опоре преформистов
и эпигенетиков скорее промежуточную позицию. Его книга по эм-
бриологии была украшена виньеткой со знаменитой надписью
«Ех ovo omnia» («Все из яйца»), которая в те времена звучала
преформистски, но наряду с этим он допускал и самозарождение
низших организмов. Ему принадлежит и замечательное* по прозор-
ливости высказывание: «Ни одна часть будущего плода не су-
ществует в яйце актуально, но все части находятся в нем потен-
циально». Этим он хотел, по-видимому, сказать следующее: ни
одна часть не существует в яйце в том же виде, в каком
у взрослого, но в яйце заложены предпосылки к развитию
всех частей. В таком случае точка зрения Гарвея полностью со-
ответствует взглядам современной науки. В те времена, однако,
она никак не повлияла на дальнейшее развитие событий.
Первая половина XVIII в. принесла ряд новых фактов, истол-
кованных также в преформационном духе. Крупным наблюдате-
лем и теоретиком того времени был Шарль Бонне (1720—1793),
убежденный преформист. Уверенность в правоте преформизма
была столь велика, что даже открытые двоюродным братом Бонне
Абрахамом Трамбле (1710—1784) поразительные способности
гидры к регенерации и почкованию объяснялись как результат
наличия рассеянных по всему телу этого животного дремлющих
«яиц».
Итальянский натуралист Лаццаро Спалланцани (1729—1799)
первый описал развитие яйца лягушки, но истолковал свои дан-
ные преформистски. Он полагал, что под оболочкой еще неопло-
дотворенного яйца уже скрывается готовый зародыш. Спалланца-
ни допускал, впрочем, неравномерный рост различных частей тела,
который может привести к сильным отличиям формы взрослого
организма от формы зародыша; однако все части зародыша прёд-
существуют, по его мнению, с самого начала.
Отдельные сторонники более эпигенетических подходов (на-
пример, французский натуралист Бюффон) не могли, как и рань-
ше противопоставить преформизму ничего, кроме общих натур-
философских рассуждений.
13
От Вольфа до Бэра
Решительный поворот в эмбриологии осуществил безвестный
тогда молодой доктор университета в Галле (Германия), а поз-
же — петербургский академик Каспар Фридрих Вольф (1734—
1794). В 1759 году Вольф защитил диссертацию под названием
«Теория зарождения». Задачи, которые ставил перед собой Вольф,
были грандиозны и значительно превышали возможности его вре-
мени. Он пытался создать «рациональную анатомию», которая бы
не только описывала структуры организма, но и указывала на
причины их возникновения. Как мы позже увидим, должно было
пройти более ста лет, прежде чем эмбриология приступила, в рам-
ках так называемой «механики развития», к осуществлению этой
программы. Главная заслуга К. Вольфа состоит в установлении
и правильном истолковании некоторых простых и фундаменталь-
ных фактов развития зародыша цыпленка.
В те времена господствовало мнение физиолога Галлера, что
трубчатые и мешкоподобные органы зародыша (например, кишеч-
ник) с самого начала развития имеют т^кую же форму, но это
трудно заметить из-за тонкости и плотности слипания их стенок.
Позже происходит простое раздувание этих зачатков. Такое тол-
кование строго соответствовало преформационной теории. Вольф
обнаружил совершенно иное: кишечник, а также зачаток нервной
системы сначала представляют собой пласты, которые лишь
позже скручиваются в трубки. Иными словами, в процессе
развития образуются новые формы. По сути дела, Вольф
открыл явления формообразования и тем самым дал первый по-
зитивный и неопровержимый аргумент в пользу эпигенеза. Судьба
этих, казалось бы, столь ясных работ была трудной. Под давле-
нием господствующих авторитетов выводы Вольфа отвергались,
и его работы были на некоторое время забыты.
Надо сказать, правда, что еще при жизни Вольфа с весьма
остроумными доводами в пользу эпигенеза выступил немецкий
профессор Блюменбах (1752—1840). Он впервые указал на несов-
местимость с преформизмом всевозможных случайных новообра-
зований (например, галл у растений) или регенерации гидры из
любого, произвольно выбранного участка тела. О большой его
наблюдательности и прозорливости говорит обнаружение регуля-
ций формы, не связанных с ростом. Так, при разрезе гидры вдоль
она восстанавливает свою форму простым скручиванием, тогда
как по убеждениям преформистов подобный процесс должен быть
обязательно связан с ростом. Мы видим, что для Блюменбаха,
как и для Вольфа, одним из основных аргументов против префор-
мизма было обнаружение «чистого», не связанного с ростом фор-
мообразования. Но, несмотря на эти догадки, уровень развития
естественных наук ие позволял еще эпигенезу встать на прочную
основу.
14
К началу XIX в. больших успехов достигла биологическая си-
стематика. Здесь возникло стремление к обобщениям, по большей
части связанным с понятиями идеальных «планов строения», «ар-
хетипов», к которым тяготеют реальные формы (подробнее см.
гл. 12). Примером может служить «теория типов» французского
зоолога и первого палеонтолога Жоржа Кювье. Согласно его кон-
цепции весь животный мир состоит из четырех не связанных меж-
ду собой типов — позвоночных, членистых, мягкотелых и лучис-
тых, — каждый из которых обладает обоим архетипом, как бы
центральной «идеей». Строёние некоторой реальной формы счита-
лось понятым, если выяснились ее связи с одним из архетипов.
Так в систематике возник и распространился затем в другие об-
ласти биологии сравнительный принцип объяснения, по су-
ществу отличающийся от каузально-механистического, прочно ут-
вердившегося к тому времени в науках о неживой природе.
Эти тенденции систематики и сравнительной анатомии оказа-
ли большое влияние на эмбриологию. Популярной стала идея
сравнения последовательных стадий развития высшего* животного
с «лестницей существ», т. е. с рядом взрослых форм, расположен-
ных в порядке совершенствования их организации. Такие ряды
строил, в частности, И. Ф. Меккель (1781 —1833), один из основа-
телей сравнительной эмбриологии позвоночных, автор важных на-
блюдений по развитию скелета и кровеносной системы. Дальней-
ший прогресс в эмбриологии позвоночных связан с именами
М. Ратке (1793—1860), Хр. Пандера (1794—1865) и знаменитого
Карла Бэра (1792—1876). Пандер в 1817 г. впервые описал заро-
дышевые листки. Он обнаружил, что зародыш цыпленка на опре-
деленной стадии состоит из трех пластов, наружный из которых
Пандер назвал серозным, самый глубокий — слизистым, а проме-
жуточный — кровяным. К. Бэр распространил этот структурный
принцип на всех позвоночных, обнаружив такие же листки в раз-
витии рыб, лягушки и черепахи (правда, он насчитывал у зароды-
шей птиц не три листка, как теперь принято считать, а четыре,
так как принимал за отдельный листок каждый из двух слоев
мезодермы). Таким образом, Бэр продемонстрировал единство
плана строения зародышей различных классов позвоночных. Это
привело его к важнейшему обобщению — «закону зародышевого
сходства». Взамен сравнения эмбрионального развития с «лестни-
цей» взрослых форм Бэр утверждал следующее: зародыши раз-
личных видов, относящихся к одному типу, более сходны между
собой, нежели взрослые формы, и их видовые различия нарастают
по ходу развития. Иными словами, сначала в развитии проявляют-
ся черты типа, потом класса и т. д. Позже мы увидим, что
закон этот не всегда справедлив для самих ранних стадий
развития.
Бэр — автор многих важнейших открытий. Он впервые пра-
вильно описал яйцо млекопитающих и человека и исследовал раз-
витие всех основных органов позвоночных животных.
15
В споре преформистов с эпигенетиками К. Бэр занимал осто-
рожную позицию. Всецело соглашаясь с фактами, установленными
К. Вольфом, он выступал против утверждений о полной «бесструк-
турности» ранних закладок. Бэр подчеркивал преемственность
каждого шага развития, ведущего от более простого к более слож-
ному. По его словам, развитие не есть ни предобразование (Vor-
bildung), ни новообразование (Neubildung), но преобразование
(Umbildung). Такая точка зрения полностью подтверждена по-
следующим ходом развития науки.
Эволюционная эмбриология
Следующий важнейший идейный перелом в эмбриологии, как
и вообще в биологии, связан с выходом в свет в 1859 г. «Проис-
хождения видов» Ч. Дарвина. Дарвинизм, прежде всего, подрывал
главную опору телеологического мировоззрения, указывая на от-
носительность органической целесообразности и на возможность
достижения ее методом «проб и ошибок» (теория естественного
отбора). Именно последнее произвело наибольшее впечатление на
современников. Но не только этим дарвинизм повлиял на развитие
эмбриологии. Наряду с палеонтологией и сравнительной анато-
мией, Дарвин обращался к эмбриологии в поисках подтверждений
своей эволюционной теории. По его словам, «...в высшей степени
вероятно, что зародышевые или личиночные стадии многих живот-
ных более или менее ясно указывают на строение прародителя
всей группы в его взрослом состоянии».
Таким образом, Дарвин предлагал в качестве гипотезы
(эта мудрая осторожность была отброшена многими его последо-
вателями) эволюционное истолкование сравнительных рядов
Меккеля и Бэра, причем он не делал больших различий между
«лестницей существ» и законом зародышевого сходства. Эта
гипотеза явилась основой сформулированного в гораздо более ка-
тегоричной форме Эрнстом Геккелем (1834—1918) знаменитого
биогенетического закона: «Онтогенез есть краткое повто-
рение филогенеза».
Призыв Дарвина подтвердить эмбриологическими данными
теорию эволюции вызвал новый и мощный подъем интереса к
явлениям индивидуального развития. Стремясь поддержать только
что возникшую эволюционную теорию, ученые разных стран бук-
вально за считанные годы исследовали эмбриогенез обширных,
дотоле совершенно неизученных групп организмов. Важнейшими
в этот период были работы русских эмбриологов А. О. Ковалев-
ского (1840—1901) и И. И. Мечникова (1845—1916). Ковалев-
ский исследовал множество групп животных, но более всего про-
славился установлением общих черт в развитии ланцетника (низ-
шего позвоночного) и асцидий (беспозвоночных). Мечников в сво-
ей теории паренхимеллы впервые сопоставил развитие кишечно-
полостных и колониальных одноклеточных животных. Все эти
16
работы указывали та возможность переходов между различными
типами развития и укрепляли тем самым эволюционные представ-
ления.
Однако за участие в разработке эволюционной теории эмбри-
ологии пришлось поплатиться временной утратой своих собствен-
ных задач и интересов. Индивидуальное развитие перестало рас-
сматриваться как проблема сама по себе. Превратившись в «слу-
жанку» эволюционного учения, эмбриология испытала и прямые
попытки последнего взять на себя решение всех эмбриологических
проблем. Особенно ясно проявилось это в деятельности уже упо-
мянутого немецкого ученого Э. Геккеля, горячего пропагандиста
дарвинизма. Заметим, что именно Геккель создал термин онто-
генез для обозначения индивидуального развития и филоге-
нез для развития исторического.
Мы уже говорили о биогенетическом законе Геккеля, утверж-
давшем (на основании экстраполяции исследований немецкого
биолога Фрица Мюллера по развитию ракообразных), что онто-
генез есть краткое повторение филогенеза. Геккель на этом не
остановился, а провозгласил, что филогения — механичес-
кая причина онтогении. Нет смысла, по Геккелю, искать
конкретные, действующие причины того или иного процесса разви-
тия — его ход исчерпывающе обусловлен историческим развитием
вида. Это означало, по сути дела, введение в эмбриологию еще
одного принципа объяснения, столь же отличающегося от приня-
того в неорганических науках каузально-механистического объяс-
нения, как и телеологический принцип. Действительно, если те-
леология утверждает, что прошлое определяется будущим, то Гек-
кель называет «механической причиной» данного процесса собы-
тия, происшедшие много миллионов лет назад. Это, конечно, очень
далеко от принятой в физических науках причинности.
Более того, введенный Геккелем «исторический» объяснитель-
ный принцип на деле приводил к порочному кругу: с одной сторо-
ны, онтогенез выводили из филогенеза, с другой стороны, о ходе
филогенеза судили по большей части на основе данных об онто-
генезе. Возник ряд эволюционно-эмбриологических «толкований»,
которые нельзя было ни доказать, ни опровергнуть. Прогрессивное
значение того толчка, который дарвинизм сообщил эмбриологии
в начале 60-х годов XIX в., лет через 20—30 существенно убави-
лось.
Хотя категорические приверженцы Геккеля сегодня вряд ли найдутся, по-
прежнему довольно часто говорят об «исторической обусловленности» разви-
тия, а также ссылаются на естественный отбор как на «причину» того ил»
иного хода развития. Важно понять, что подобные выражения приемлемы
лишь для определенного уровня рассмотрения биологических объектов.
Морфолог, которого интересует лишь результат развития отдельной
особи, а еще более эколог, оценивающий общие характеристики целой популя-
ции, вправе рассматривать эволюционное прошлое данного вида, а также на*
правление отбора как известные нормативы, сужающие круг возможных вооб-
ще форм. В определенном, довольно условном, смысле эти нормативы можно
было бы назвать «причинами» появления данных признаков. Правда, уже на
17
этом уровне рассмотрения возникают серьезные сомнения в том, достаточно
ли точны и «инструктивны» эти нормативы, достаточно ли узкий круг форм
они очерчивают. Но и фактор истории, и фактор отбора теряют даже и такой
ограниченно-нормативный характер применительно к уровню Эмбриональных
процессов уже потому, что последние протекают в неизмеримо более короткие
времена. Поясним примером: если с точки зрения, скажем, географа можно в
известном смысле считать годовое вращение Земли причиной ежегодного по-
явления и сбрасывания листьев, то уже вовсе лишено смысла рассматривать
годовое вращение как причину клеточных делений в почке листа, потому что
временные масштабы этих процессов несопоставимы.
Механика развития
В 70—80-е годы XIX в. зародилось новое направление эмбри-
ологии, ставшее до некоторой степени реакцией на господство
филогенетических принципов. В противоположность Геккелю, его
создатели подчеркивали необходимость изучения непосредст-
венных причин развития. Так, анатом В. Гис (His) (1831 —
1904) стремился выяснить механические силы, вызывающие формо-
образовательные процессы в зародыше (например, изгиб клеточ-
ных пластов). Несмотря на наивность и ошибочность многих его
утверждений подход Гиса имел очень важное методологическое
значение. О горячности его борьбы со сторонниками Геккеля сви-
детельствует такая выдержка из работы Гиса:
«Мои попытки ввести в эмбриологию некоторые элементарные
механические или физиологические понятия не встретили в целом
поддержки среди морфологов. Одному казалось смешным гово-
рить об упругости зародышевых листков, другой думал, что такие
соображения ставят повозку впереди лошади, а один более совре-
менный автор заявил, что в эмбриологии имеются более важные
задачи, чем обсуждать натяжение зародышевых листков и другие
подобные вопросы, так 'как все объяснения должны обязательно
иметь филогенетический характер. Такую оппозицию против при-
ложения фундаментальных принципов неорганических наук к эм-
бриологии было бы трудно понять, если бы она не имела догмати-
ческой подоплеки. Не допускается никаких иных объяснений жи-
вых форм, нежели наследственность, и все, стоящие на иных осно-
вах, отвергаются... Между тем думать, что наследственность
создает живые существа без механических средств есть разновид-
ность ненаучного мистицизма».
Подход Гиса развил и поставил на прочную методологическую
основу Вильгельм Ру (1850—1924) — один из тех ученых, кото-
рые определили лицо современной эмбриологии. В. Ру призвал
внедрить в эмбриологию тот же самый каузально-аналити-
ческий метод, т. е. метод экспериментального расчленения си-
стемы на причинно-следствейные звенья, который привел к такому
совершенству неорганические науки. Чтобы подчеркнуть родство
этого подхода с укрепившимся в других науках механическим
детерминизмом, Ру назвал новое направление механикой
развития.
18
Несколько упрощая, можно сказать, что В. Ру предлагал по-
дойти к зародышу как к сложному механическому устройству.
Подобно тому как мы разбираем механизм и перебираем в разных
сочетаниях его части, чтобы понять, где и что его движет, Ру
призывал выяснить аналогичными приемами локализацию*
причин развития.
Одной из ближайших целей механики развития должно
быть, по В. Ру, выяснение того, все ли причины для развития
данной части заключены в ней самой, или же она требует воздей-
ствия извне (от других частей или внешней среды). В первом
случае следовало говорить о с а м о дифференцировке, во втором —
о зависимой дифференцировке. Чтобы решить эту задачу,
надо изменить окружение части — изолировать ее, совместить с
другими частями, поместить в измененную внешнюю среду. Подоб-
ного рода исследования составили основное содержание механики
развития. Они привели к огромному прогрессу в наших знаниях.
Однако очень скоро выявились и глубокие противоречия. И прежде-
всего опять на новой почве столкнулись извечные антагонисты —
преформизм и эпигенез.
Сама логика механики развития была ближе к преформизму.
По В. Ру, развитие — это «образование видимого разнообразия»
из невидимого. Между обоими и наличествуют те причинные от-
ношения, которые надлежало выяснить. А что можно сказать про
«невидимое разнообразие»? Задано ли оно с самого начала (что
утверждали преформисты) или же может возникать заново? Сам
В. Ру колебался между обоими точками зрения, а В. Гис и анг-
лийский эмбриолог Рэй Ланкастер заняли определенно префор-
мистскую позицию. Вот их собственные слова: «Каждый развив-
шийся из бластодермы орган или часть органа имел свой префор-
мированный зачаток в совершенно определенном участке яйца.
Материал будущего органа уже имеется, но еще недоступен не-
посредственному определению» (Гис, 1874). «...Несмотря на тог
что вещество яйцеклетки кажется гомогенным даже при самом
сильном увеличении, ...вполне возможно и даже очевидно, что
цитоплазма яйца может содержать уже сформированные и обла-
дающие определенной индивидуальностью разнообразные физио-
логические молекулы. Видимый процесс сегрегации есть только
следствие уже установившейся дифференцировки» (Рэй Ланкастер,.
1877).
В 1887 г. Ру задался целью выяснить, зависимо ли друг от
друга развитие первых двух клеток (бластомеров), на которые
делится сразу после оплодотворения яйцо лягушки. Он убил рас-
каленной иглой один из бластомеров и обнаружил, что из второго
образуется вполне нормальная половина лягушиного зароды-
ша. Помимо вывода о независимом развитии двух первых бласто-
меров этот опыт как будто подтверждал взгляды Гиса и Ланкас-
тера. Однако позже выяснилось, что технический прием, исполь-
зованный Ру, был несовершенным: неудаленный мертвый бласто-

мер не давал своему живому соседу полностью проявить свои
способности к развитию. В 1892 г. Ганс Дриш (1867—1941) поста-
вил аналогичные по замыслу опыты на яйцах морского ежа дру-
гим методом: он отделял друг от друга два первых бластоме-
ра простым встряхиванием. Результат был противоположный: из
каждого бластомера развилась целая личинка без всяких мор-
фологических дефектов. Сходные результаты получены позднее
на множестве других объектов, в том числе и на яйце лягушки.
Феномен развития целого из части был назван Дришем эмбрио-
нальной регуляцией.
' Открытие эмбриональных регуляций было событием величай-
шего значения, но оно поставило эмбриологию перед затруднения-
ми, которые оказалось не так просто ни преодолеть, ни даже
осознать. Фактически стала сомнительной применимость каузаль-
но-аналитического метода к эмбриональному развитию. Действи-
тельно, этот метод исходит из возможности однозначного расчле-
нения процесса развития на совершенно определенные причинно-
следственные звенья, связанные с определенными структурами.
Между тем эмбриональные регуляции показали, что по крайней
мере на некоторых стадиях развития однозначные связи между
структурами и тем, что из них разовьется, отсутствуют. Например,
из одного бластомера яйца морского ежа в норме получается по-
ловина зародыша, а после изоляции — целый зародыш. Значит,
ни с одной частичкой бластомера еще не связана какая-либо опре-
деленная причинно-следственная цепь. Или, как предпочитают го-
ворить эмбриологи, судьба частей еще не определена. Это затруд-
няет приложение к регуляционным процессам каузально-аналити-
ческого метода.
Г. Дриш ясно это понимал. Более того, он попытался пока-
зать, что для регуляционных процессов аристотелевское понима-
ние причинности адекватнее каузально-механистического. На пер-
вый взгляд это действительно так. Если самые различные струк-
туры в нарушении однозначных причинно-следственных связей
развиваются в одно и то же «гармоническое целое», то хочется
приписать им сознание «цели», которое и остается единственным
фактором, определяющим их развитие. Для обозначения такого
стремления Дриш воскресил аристотелевское понятие «энтелехии»,
провозгласив ее нематериальным и непространственным фактором,
руководящим развитием. Противопоставляя энтелехиальную при-
чинность механистической, Дриш называл себя виталистом, т. е.
приверженцем убеждения, что объяснительные принципы биоло-
гии должны в корне отличаться от принципов неорганических
наук.
Однако Дриш нашел мало последователей. Подавляющее
большинство эмбриологов продолжало работать каузально-анали-
тическим методом. При этом были достигнуты крупные успехи
в выявлении причинных связей между различными частями заро-
дыша (названных индукционными связями). Что касается
20
проблем, поднятых Дришем, то лишь в наши дни намечаются
пути их рационального решения.
Таким образом, в эмбриологии за ее многовековую историю
выработалось несколько независимых принципов объяснения про-
цессов развития. Вот главные из них:
1. Объяснение через указание цели (биологического смысла)
данного процесса. Этот способ объяснения берет начало от Арис-
тотеля, но затем он претерпел множество различных видоизме-
нений;
2. Объяснение посредством ссылки на тип развития
(сравнительно-эмбриологическое объяснение, идущее от Бэра);
3. Объяснение онтогенеза через филогенез (по Геккелю);
4. Объяснение данного процесса через отыскание его непосред-
ственных причин (причинно-аналитическое объяснение по В. Ру).
Современная эмбриология
В современной эмбриологии преобладает последний, причин-
но-аналитический метод объяснения, который доведен до большой
тонкости и распространен на процессы молекулярного уровня. Од-
нако важные элементы заимствованы и из первых трех объясни-
тельных принципов. Современная наука стремится не к их меха-
ническому сложению, а к выработке на их основе обобщенных
принципов объяснения явлений развития. В этой области эмбрио-
логия вступает в плодотворные и все крепнущие контакты с мате-
матикой и теоретической физикой. В результате возникает тео-
ретическая эмбриология, с которой мы познакомимся в
общих чертах в 11-й главе. Важную роль в ее становлении сыгра-
ли работы советского биолога А. Г. Гурвича (1874—1954), англий-
ского эмбриолога К. Уоддингтона (1905—1975) и других ученых.
В дальнейшем развитии сравнительно-эволюционной
эмбриологии большое значение имели работы советского био-
лога А. Н. Северцева (1866—1936), провозгласившего, в противо-
положность Геккелю, первичность онтогенетических изменений по
отношению к филогенетическим. Для углубления теоретических
основ этой отрасли эмбриологии много сделал И. И. Шмальгаузен
(1884—1963). Основатель русской школы экспериментальной эм-
бриологии Д. П. Филатов (1876—1943) создал сравнительно-мор-
фологическое направление в механике развития, объединяющее
экспериментальные и сравнительно-эволюционные подходы.
Но, быть может, наиболее ярко синтетическая направлен-
ность современной науки проявилась в установлении тесных свя-
зей между эмбриологией и генетикой. Долгое время эти две важ-
ные отрасли биологии развивались независимо, хотя они изучали
разные стороны одних и тех же явлений: генетика — процессы
передачи наследственных свойств, эмбриология — процессы
осуществления этих свойств в ходе развития. Лишь в наше
время благодаря успехам в познании механизмов действия генов
21
возникла возможность их плодотворного объединения. Нарастаю-
щие связи эмбриологии с цитологией, молекулярной биологией и
генетикой привели к созданию новой комплексной отрасли био-
логии, которую часто называют «биология развития». Классичес-
кая эмбриология, несомненно, представляет собой ее сердцевину.
Прикладные направления эмбриологии
Охарактеризовав вкратце фундаментальные отрасли эмбрио-
логии, нельзя не остановиться на том, что уже сегодня эмбриоло-
гия может непосредственное дать практике, т. е. на эмбриологии
прикладной. Здесь можно выделить несколько направлений.
Эмбриологические знания и методы имеют непосредственные
приложения в рыбоводстве, птицеводстве, шелководстве и ското-
водстве, устричном хозяйстве и т. д., причем в ряде этих отраслей
именно эмбриологические достижения сыграли решающую роль
в повышении продуктивности. В качестве примеров можно при-
вести способ искусственного осеменения рыб, разработанный рус-
ским ученым В. П. Врасским еще в середине XIX в., и современ-
ные работы советских эмбриологов и рыбоводов, обеспечивших
сохранение осетрового стада и подъем его продуктивности; работы
советских' и японских исследователей (в первую очередь —
Б. Л. Астаурова и его сотрудников) по управлению полом у туто-
вого шелкопряда; разработку приемов инкубирования яйцеклеток
ценных пород скота в матке самок малоценных пород — подобные
«живые инкубаторы» уже вошли в практику сельского хозяйства
США, Канады, Австралии и других стран; работы по управлению
половыми циклами домашних птиц, пушных зверей и других мле-
копитающих, ведущиеся в разных странах, в том числе в СССР.
В работах по гельминтологии и медицинской энтомологии также
одно из центральных мест занимают эмбриологические знания и
приемы.
Особенно широкие перспективы перед практической эмбрио-
логией открывает развитие работ по экологии и охране природы.
Как правило, эмбриональные и личиночные стадии развития го-
раздо чувствительнее к неблагоприятным воздействиям среды,
нежели взрослые формы. Поэтому эмбриологические исследования
должны стать неотъемлемой частью любых природоохранных
мероприятий, работ по интродукции, перестройкам биоценозов-
и им подобным.
Но наиболее важные'для человечества прилЪжения эмбриоло-
гии относятся, несомненно, к области медицины. Уже сегодня
аномалии внутриутробного развития человека считаются между-
народной проблемой, так как они проявляются в более или менее
опасных формах у 1 % новорожденных. С дальнейшими же успе-
хами «(взрослой (медицины» проблема врожденных пороков разви-
тия еще более выдвинется на передний план.
22
Эмбриологические подходы важны не только для «медицины
зародышей» и микропедиатрии, как бы актуальны ни были сами
по себе эти отрасли. Они необходимы также для понимания тка-
невых заболеваний взрослого организма, клеточных реакций на
патологические воздействия. Именно эмбриологические знания и
эмбриологическое мировоззрение привели в свое время И. И. Меч-
никова к открытию фагоцитоза, а теперь помогают многим ученым
в разработке проблем рака, иммунных реакций организма и мно-
гих смежных проблем.
Все сказанное — лишь малая доля того, что потенциально
может дать человечеству эмбриология. Очень большим может
быть ее вклад в развитие трансплантационной хирур-
гии. Когда мы до конца поймем закономерности развития слож-
ных многоклеточных структур — а мы еще далеки от этого —
можно будет ставить вопрос об искусственном культивировании
тканей и даже органов человека из одной или нескольких зароды-
шевых клеток. Первые подобные опыты успешно ставятся на рас-
тениях и уже приносят экономический эффект. Успешное развитие
работ по генной инженерии также невозможно без участия эм-
бриологов. И тем не менее в заключение обзора практических
возможностей эмбриологии напомним слова Френсиса Бэкона, ос-
нователя науки Нового времени и горячего сторонника ее прило-
жения к практике: «всегда помнить о том, что к светоносным
опытам следует стремиться еще настойчивее, чем к плодоносным».
Слишком мало мы еще знаем об общих закономерностях развития,
чтобы позволить себе ослабить внимание к фундаментальным
исследованиям.
ЛИТЕРАТУРА
Баглай Е. Б. Формирование представлений о причинах индивидуального
развития. М., «Наука», 1979.
Нидхем Дж. История эмбриологии. М., ИЛ, 1947.
История биологии с начала XX века до наших дней, под ред. Л. Я- Бляхе-
pa. М., «Наука», 1975.
Г а й с и н о в и ч А. Е. К. Ф. Вольф и учение о развитии организмов.
М., Изд-во АН СССР, 1961.
Б э р К. М. Автобиография. М., Изд-во АН СССР, 1950.
Канаев И. И. Очерки из истории проблемы морфологического типа от
Дарвина до наших дней. М.—Л., «Наука», 1966.
Д р и ш Г. Витализм, его история и система. М., 1915.
Кузнецов Б. Г. История философии для физиков и математиков. М.,
«Наука», 1974.
Глава 2
ГАМЕТОГЕНЕЗ
Происхождение первичных половых клеток. —
Миграция первичных гоноцитов. — Размножение
и гибель половых клеток. — Рост и питание ооци-
тов. — Подготовка к делениям созревания и син-
тетические процессы в ооците. — Отложение желт-
ка.' Первые проявления пространственной органи-
зации яйцеклетки. — Деления созревания ооцита
(деления мейоза). — Оболочки яйцеклетки. — Осо-
бенности сперматогенеза
Первым шагом развития нового организма, т. е. началом соб-
ственно эмбриогенеза, принято считать момент оплодотворения
яйцеклетки сперматозоидом или же ее активацию каким-либо дру-
гим агентом. Но перед тем как стать способной к оплодотворению,
яйцеклетка проходит длинный путь развития, начинающийся, как
правило, еще в раннем развитии будущей половозрелой самки.
Аналогичный путь развития проходит и сперматозоид. Процессы
развития половых клеток принято называть гаметогенезом,
или предзародышевым развитием; применительно к яйцеклетке го-
ворят об оогенезе (овогенезе), а развитие сперматозоида назы-
вают сперматогенезом.
Происхождение первичных половых клеток
У некоторых организмов удается проследить с самых ранних
стадий развития те участки яйца, из которых в дальнейшем разо-
вьются половые клетки. Так, у многих насекомых, например у дву-
крылых, на заднем полюсе яйца еще до начала развития зародыша
видны особые гранулы, названные половыми детерминантами. Из
содержащего их участка цитоплазмы яйца и развиваются впо-
следствии половые клетки. Зерна «половой цитоплазмы» обнару-
жены и в яйце лягушки еще до начала его развития.
У ряда видов предшественники половых клеток — так назы-
ваемые первичные гоноциты — полностью обособляются
на самых ранних стадиях, когда общее число клеток зародыша
еще очень мало. Например, в яйцах лошадиной аскариды (круг-
лые черви) первичная половая клетка полностью обособляется
от других, соматических клеток уже после четвертого деления
яйцеклетки. У веслоногого рака циклопа клетку, дающую начало
половой, можно узнать после первого деления яйцеклетки
24
по присутствию в ней особых гранул — эктосом. При последую-
щих делениях эти гранулы попадают лишь в одну из разделив-
шихся клеток, а после 6-го деления эктосомы распределяются
между двумя дочерними клетками, которые и представляют собой
половые клетки, уже полностью обособившиеся от соматических
(рис. 3).
У позвоночных первичные гоноциты обособляются позже. Это
справедливо и для бесхвостых амфибий, невзирая на раннее обо-
собление зерен .половой цитоплазмы. Дело в том, что эти зерна
Рис. 3. Обособление половых клеток в ран-
нем развитии циклопа:
1 — слияние ядер женской и мужской поло-
вых клеток; 2—9 — последовательные стадии
развития оплодотворенной яйцеклетки, э —
экто.сомы, постоянно находящиеся в тех клет-
ках, которые дадут начало половым; п — по-
ловые клетки, уже обособившиеся от сомати-
ческих (по Шарнио-Коттон)
поначалу распределяются поровну между разными клетками за-
родыша и лишь позже, после перемещений, скапливаются в не-
многих клетках, расположенных по внутренних слоях зародыша,
поблизости от первичной полости (так называемого бластоцеля,
рис. 4).
У зародышей высших позвоночных (амниот) первичные гоно-
циты располагаются на границе так называемой зародышевой и
внезародышевой области, поблизости от головного конца зароды-
ша (птицы) или возле его заднего конца (млекопитающие) (рис. 5).
25
Б
Имеются данные, что у птиц на бо-
лее ранних стадиях развития гоно-
циты тоже образуются в заднем от-
деле зародыша.
Возникают ли половые клетки
у названных групп организмов —
круглых червей, членистоногих,
позвоночных — исключительно из
первичных гоноцитов, или же они
могут образовываться и на более
поздних стадиях развития из дру-
гих, соматических клеток? Этот воп-
рос был решен экспериментальным
путем. Исследовалось, будет ли ор-
ганизм обладать половыми клетка-
ми после удаления первичных гоно-
цитов. Такое удаление осуществля-
лось путем локального выжигания
областей, содержащих гоноциты
или соответственные области
ооплазмы. Удалось, например, -вы-
жечь ул ьтр а фиол етов ы ми л уча ми
половую плазму в яйцах насекомых
и зону первичных гоноцитов в яй-
цах птиц, не затрагивая п;ри этом
других частей. Зародыши после та-
ких операций развивались, но бы-
ли лишены половых клеток. Произ-
водились также опыты по пересад-
ке первичных гоноцитов от одной
генетической расы шпорцевой ля-
гушки (донора) к другой (реципи-
енту); у реципиента перед этим собственные гоноциты были уда-
лены. Все развившиеся у реципиента половые 'клетки носили при-
знаки гоноцитов донора.
Эти опыты показывают, что основной и, по всей видимости,
единственный источник половых клеток у позвоночных, членисто-
ногих и круглых червей — первичные гоноциты, обособляющиеся
от клеток соматических на ранних стадиях развития. Иными сло-
вами, дифференцировка клеток зародыша на половые и сомати-
ческие сопровождается у данных групп животных также и их
необратимой детерминацией.
Рис. 4. Перемещения зерен по-
ловой цитоплазмы в период
первых делений дробления
яйца лягушки.
А—Б —стадии 2, 8 и 16 кле-
ток. Зерна половой цитоплаз-
мы постепенно поднимаются
по клеточным стенкам вверх,
к первичной полости зароды-
ша (бластоцелю) (по Бунур)
Надо сказать, что не все авторы согласны с таким выводом. Некоторые
допускают у позвоночных возможность новообразования половых клеток на
поздних стадиях развития зародышей и даже во взрослом состоянии из так
называемого герминативного эпителия — мезодермального слоя, выстилающего
яичник. В ряде случаев описывалось выселение из герминативного эпителия
половых клеток. Трудно, однако, полностью исключить ту возможность, что
эти клетки — потомки первичных гоноцитов, вселившихся в герминативный эпи-
телий на еще более ранних стадиях развития.
26
Однако существуют и такие группы животных, где запас по-
ловых клеток с несомненностью пополняется в течение всей жиз-
ни, а клетки, подобные первичным гоноцитам, могут отсутствовать.
Промежуточное место здесь занимают кольчатые черви: хотя
у них сравнительно рано обособляются первичные гоноциты, уда-
ление гонад даже у взрослого животного не делает его стериль-
ным — половые клетки могут вновь возникать .из особых мало-
дифференцированных подвижных «резервных» клеток — необ-
/:?••«••• А Б
Рис. 5. Расположение первичных половых клеток (п) у раннего зародыша
птицы (А) и млекопитающего (Б) (по Свифт и Витчи)
ластов. У ресничных червей в раннем развитии половые клетки
вообще не образуются; единственным их источником оказываются
необласты, размножающиеся в течение всей жизни животного.
Аналогично обстоит дело у кишечнополостных и губок. У кишеч-
нополостных имеются резервные клетки, которые могут переме-
щаться между дифференцированными эпителиально-мышечными
клетками экто- и энтодермы, а также переползать из одного слоя
в другой. Они (называются интерстициальными (/) клетками. Из
•них образуются различные типы дифференцированных клеток,
в том числе и половые (рис. 6). Этот процесс протекает в течение
всей жизни животного, проявляя иногда сезонную ритмику, зави-
симость от условий питания, состава среды и т. п. Много интерес-
ных исследований по «сексуализации» (образованию половых кле-
ток) проводилось на пресноводной гидре. Часто «сексуализация»
представляет собой неожиданное, спонтанное явление, которое за-
тем удерживается в ряде вегетативных поколений. Во всяком
27
случае удаление гонад или даже целых половых особей (медуз)
у взрослого полипа никогда не приводит к его стерильности: уда-
ленные части быстро регенерируют.
У губок половые клетки тоже дифференцируются в течение
всей жизни, причем, по-видимому, из двух источников: не только
из подвижных амебоидных археоцитов, сходных с i-клетками
кишечнополостных и необластами червей, но и из специализиро-
ванных воротничковых жгутиковых клеток — хоаноцитов. По-
лагают, впрочем, что хоаноциты в ходе трансдифференцировки
в половые клетки должны пройти через стадию, неотличимую от
археоцитов.
Рис. 6. Половая особь (мужской гонофор) гидроидного полипа Ctava mul-
ticornis на двух последовательных стадиях развития:
1 — эктодерма, 2 — энтодерма, 3 — зачаток полости медузоидного колокола,
4 — интерстициальные клетки, мигрирующие к вершине почки и превращаю-
щиеся там в половые клетки (по Бриан)
Уже из этого беглого обзора видно, что сроки детермина-
ции (определения судьбы) и степень восполнимости половых кле-
ток различны у разных систематических групп. Как мы позже
увидим, сроки и стабильность детерминации половых клеток четко
соответствуют в каждой труппе животных тем же показателям
для клеток соматических. Так, у круглых червей и ракообразных
соматические клетки тоже дифференцируются и детерминируются
в самые ранние моменты развития, а, например, у кишечнополост-
ных резерв недетерминированных клеток сохраняется постоянно.
Можно думать поэтому, что детерминация как половых, так и
соматических клеток управляется сходными факторами.
28
Каков бы ни был источник половых клеток'— раннеэмбрио-
нальные первичные гоноциты или постоянно существующие ре-
зервные клетки — они должны пройти длинные пути превращений,
прежде чем стать зрелыми, способными к оплодотворению поло-
выми клетками.
Миграция первичных гоноцитов
Прежде всего, гоноциты должны добраться до места своего
назначения, т. е. до закладки половой железы гонады. Мы уже
-видели, что в ряде случаев гоноциты закладываются далеко от
гонады — например, во внезародышевой части эмбриона амниот
или практически в любой части колонии гидроидных полипов.
Как первичные гоноциты, так и резервные клетки типа интер-
стициальных способны двигаться самостоятельно. Но значитель-
ную часть пути они, по-видимому, проходят пассивно: интерсти-
циальные клетки — с током воды в гастральной полости, а гоно-
циты куриного зародыша, как вероятно и других амниот, — с
током крови по эмбриональным кровеносным сосудам. Но побли-
зости от места своего назначения они движутся, несомненно, ак-
тивно. Так, гоноциты куриного зародыша активйо проползают
через стенку половой железы. На этом этапе своего движения они
привлекаются химическими веществами типа мукополисахаридов,
выделяемых зачатком гонады. Перед нами в данном случае один
из немногих достоверных примеров хемотаксиса — движения
клеток вверх по градиенту концентрации химических веществ.
С другими примерами хемотаксиса мы познакомимся при изуче-
нии движения сперматозоидов.
Пол зародыша определяется хромосомным набором, получен-
ным им в момент оплодотворения (кариогамии; с. 50). Но на
стадии первичных гоноцитов мужские и женские половые клет-
ки, как правило, неотличимы. Различия появляются лишь после
их проникновения в половые железы. Надо сказать, что генети-
ческая детерминация пола не всегда стабильна и окончательна —
у некоторых животных пол может быть переопределен воздейст-
вием гормонов.
Дальше нам будет удобно рассматривать ход развития жен-
ских половых клеток (оогенез) и мужских (сперматогенез) раз-
дельно, хотя ряд процессов у них протекает сходным образом.
Размножение и гибель половых клеток
Попав в зачатки половых желез, гоноциты обоих полов уси-
ленно размножаются путем обычных митотических делений. В те-
чение этого периода размножения женские половые клет-
ки называются оогониями, а мужские — сперматогония-
м и. Однако оогонии прекращают размножаться еще в эмбрио-
нальном периоде жизни самки, задолго до наступления половой
29
зрелости. Подсчитано, что у 5-месячного плода человека имеется
приблизительно 6 800 000 женских половых клеток; потом насту-
пает массовая дегенерация их, так что к моменту рождения ос-
тается около 1 млн., а к 7-летнему возрасту — примерно 300 000
половых клеток.
Размножение сперматогониев, напротив, происходит в течение
всего периода половой зрелости самца, непрерывно (теплокровные
животные) или с сезонной ритмикой (холоднокровные).
Рост и питание .ооцитов
Женская половая клетка, прекратившая размножение, полу-
чает название ооцита I порядка. Начинается весьма своеобраз-
ный, только этой кЛетке свойственный период роста. Он свя-
зан с поступлением в яйцеклетку питательных веществ извне и
с рядом синтетических процессов в самой яйцеклетке. Увеличение
массы и объема яйцеклетки в период роста может быть колос-
сальным. Так, ооциты дрозофилы за 3 дня увеличиваются в
90 000 раз. У лягушек молодой ооцит имеет около 50 мкм в диа-
метре, а зрелый — до 2 000 мкм, что соответствует увеличению
объема в 64 000 раз. Рост ооцита идет сравнительно медленно:
только 3-летние лягушки достигают половозрелости. Несравненно
быстрее растет яйцо у птиц. Например, у курицы за последние
6 дней перед овуляцией объем яйца возрастет в 200 раз. Яйца
млекопитающих меньше по размеру; диаметр яйца мыши воз-
растает от 20 до 70 мкм, что все же соответствует росту объема
более чем в 40 раз. Рост яйцеклетки млекопитающих может длить-
ся десятки лет; например у человека — около 30 лет.
Столь интенсивный рост потребовал выработки особых меха-
низмов, способствующих поступлению веществ в яйцеклетку.
Интересно проследить становление этих механизмов в сравни-
тельно-эволюционном аспекте.
Процессы, сходные с ростом яйцеклетки многоклеточного организма, об-
наруживаются уже у одноклеточных жгутиковых — фитомонад. Здесь эти про-
цессы связаны с условиями обитания. Например, миксотрофная фитомонада
Haematococcus droebakiensis в средах, бедных питательными веществами, перед
делением увеличивается несущественно, после чего делится однократно (монр-
томия), а в богатых средах увеличивает перед делением свой объем в 2—
3 раза и затем делится столько же раз, возвращаясь к первоначальным разме-
рам (палинтомия). В этом случае, как видим, гипертрофический рост носит
чисто факультативный характер и полностью зависит от условий среды. Одна-
ко уже у колониальных жгутиковых гипертрофический рост становится обяза-
тельным звеном жизненного цикла. Тем более справедливо это для всех много-
клеточных животных.
У губок растущий ооцит питается как хищник, ползая по
межклеточному пространству и пожирая более мелкие клетки
(рис. 7). У губки Petrobionia наблюдается своеобразный «двух-
ступенчатый» механизм питания: ооцит присоединяет к себе так
называемую клетку-носительницу, которая захватывает и погло-
30
Рис. 7. Питание ооцитов у губок:
А — ооцит (1)., поглотивший питатель-
ные клетки (2); Б — выросший ооцит,
содержащий дегенерирующие ядра мно-
гих заглоченных питательных клеток
(1, 2) (по Тюзэ)
щает хоаноциты ближайшего жгутикового канала. Продукты их
распада проникают в ооцит. Такой способ питания яйцеклетки
называется фагоцитарным.
У кишечнополостуых (пресноводная гидра) оогонии располо-
жены тесными группами, и лишь одна клетка из этой группы пре-
вращается в ооцит. Она
растет, поглощая сестрин-
ские клетки (рис. 8). Поз-
же несколько ооцитов сли-
ваются в один, и все его
ядра, кроме одного, дегене-
рируют. Такой способ пи-
тания, уже не связанный с
передвижением ооцита-
«хищника», представляет
собой переход к так назы-
ваемому нутриментар-
ному типу, распространен-
ному среди различных групп
червей и членистоногих.
Нутриментарный тип пита-
ния характеризуется тесной
связью ооцита с группой
клеток-кормилок; как клет-
ки-кормилки, так и ооцит
произошли от одной оого-
ниалыной клетки (рис. 9).
Например, у дрозофилы
каждый оогоний путем че-
тырех последовательных
делений дает 16 клеток, из
которых одна становится
ооцитом, а другие — клетками-кормилками. В результате неза-
вершенной цитотомии между всеми клетками остаются цитоплаз-
матические мостики. По этим мостикам из клеток-едрмилок в яй-
цеклетку переходят рибосомы и рибонуклеопротеидные частицы.
Наиболее распространенный тип питания яйцеклеток связан
с наличием так называемых фолликулярных клеток, окружающих
яйцеклетку. У насекомых этот тип питания сочетается с нутримен-
тарным, а у позвоночных он единственный. В противоположность
клеткам-кормилкам, фолликулярные клетки по своему происхож-
дению соматические. У млекопитающих они образуются из так
называемого коркового слоя яичника.
У зародышей млекопитающих половые клетки, находящиеся
еще на стадии оогониев, лежат в поверхностном слое яичника —
так называемом герминативном эпителии (рис. 10, А, 1). Позже,
уже став ооцитами, они окружаются тяжами фолликулярных кле-
ток и (внедряются в соединительнотканную строму яичника
31
(рис. 10, А, 2). Обособившиеся от этой массы сферические струю
туры, состоящие из ооцита и окружающих его фолликулярных
клеток, называются первичными фолликулами. Вначале
однослойные (рис. 10, А, 3), фолликулы в результате размножения
фолликулярных клеток становятся затем многослойными. Потом
Рис. 8. Рост и питание ооцита
гидры: I — группа размно-
жающихся оогониев: II — в
этой группе выделяется ооцит
(зачернен); III — ооцит (за-
штрихован) ^растет, заглаты-
вая сестринские клетки; IV —*
слияние ооцитов; V — яйцо
(по Цилер)
1
Рис. 9'. Ооцит с группой клеток-
кормилок у жука-плавунца: 1 —
ядро одной из половых клеток
(по Соколову)
фолликулярные клетки начинают выделять особую жидкость и
постепенно резорбироваться. На их месте возникают полости, сли-
вающиеся в конце концов в одну. Фолликул на заключительной
стадии резорбции называется зрелым, или Граафовым, пузырьком
(рис. 10,Б). Затем стенка Граафова пузырька лопается, яйцеклет-
ка освобождается из яичника и выходит в яйцевод, окруженная
слоем прилипших к ней фолликулярных клеток (так называемая
corona radiata). Процесс выхода яйцеклетки из Граафова пузырь-
ка в яйцевод называется овуляцией.
32
Весь процесс роста фолликула, а также овуляция находятся
под контролем гормонов (подробнее см. гл. 7). Фолликулярные
клетки, в противоположность клеткам-кормилкам, не синтезируют
поступающие в яйцеклетку вещества, а выполняют лишь транс-
портную роль. Они способствуют переносу к яйцеклетке амино-
кислот, жиров и белков, синтезированных в других местах. На-
пример, с помощью меченых атомов прослежено, что синтезиро-
ванные в*печени курицы жиры и белки проникают через кровяное
Рис. 10. Оогенез у млекопитающих.
А — срез через яичник новорожденного теленка: 1 — оогонии; 2 — внедре-
ние ооцитов, окруженных многочисленными фолликулярными клетками в
виде тяжей в соединительнотканную строму яичника; 3 — однослойный фол-
ликул. Б — Граафов пузырек; яйцевая клетка в центре бугорка, состоящего
из фолликулярных клеток и окруженного фолликулярной жидкостью (по
Рис и Герш)
русло в фолликул, а оттуда — в яйцеклетку. Таким образом, фол-
ликулярные клетки позволяют мобилизовать для питания яйце-
клетки резервы всего материнского организма. Вместе с тем, за
редкими исключениями (некоторые рептилии и птицы), фоллику-
лярный эпителий не транспортирует к яйцеклетке и не синтезирует
рибонуклеиновые кислоты. Ооциты, лишенные клеток-кормилок,
синтезируют их, как правило, сами.
Фолликулярные клетки не устанавливают с яйцеклеткой пря-
мых цитоплазматических связей, как клетки-кормилки. Вместе с
тем по мере роста фолликула, с одной стороны, фолликулярные
клетки направляют глубокие отроги в яйцеклетку (рис. 11,Ма),
а с другой стороны — на поверхности ооцита возникают много-
численные выросты (рис. 11, ми), направленные в пространство
между ним и фолликулярными клетками (периооцитное
пространство). В периооцитное пространство как раз и попа-
дают питательные вещества, транспортируемые в основном по
тонким щелям между фолликулярными клетками. Оттуда их зах-
33
ватывает яйцеклетка путем пиноцитоза (т. е. окружения ве-
ществ участками собственной поверхности и заглатывания этих
пузырьков).
Совершенно необычную функцию выполняют фолликулярные клетки в
яичниках сальп (низшие хордовые, класс оболочников): с началом развития
оплодотворенного яйца (оплодотворение в данном случае происходит в яични-
ке) фолликулярные клетки продолжают размножаться и внедряются между
клетками зародыша. Хотя в дальнейшем фолликулярные клетки (называемые
здесь каллимоциты) все же, по-видимому, гибнут, но на ранних стадиях раз-
вития именно они намечают зачатки будущих органов сальпы. Этот не имею-
щий аналогий тип развития можно считать как бы промежуточным между раз-
витием из половых клеток (обычный эмбриогенез) и развитием из клеток со-
матических (почкование), к которому, кстати, способны взрослые сальпы.
Рис. 11. Увеличение поверхности контактов между фолликулярными клетками
и ооцитом и развитие первичной оболочки яйца (zona pellucida) на последова-
тельных стадиях (А—Г) роста ооцита амфибий: ф — фолликулярные клетки,.
Ма — макроворсинки фолликулярных клеток, ми — микроворсинки яйцеклетки,.
ZP — zona pellucida (первичная оболочка яйцеклетки) (по Вишнитцер)
В дополнение к перечисленным типам питания яйцеклеток не-
которые авторы называли еще и солитарный (одиночный)
тип, когда яйцеклетка считалась лишенной каких-либо специаль-
ных питающих клеток. Но, вероятно, истинно одиночные яйце-
34
клетки редки; даже те из них, которые считались солитарными
(у иглокожих, некоторых червей и кишечнополостных), хотя бы
короткий период контактируют с фолликулярными клетками.
Подготовка к делениям созревания и
синтетические процессы в ооците
Как только яйцеклетка заканчивает оогониальные деления,
она начинает готовиться к мейозу — процессу редукции числа
хромосом. Как известно из курса цитологии, мейоз состоит из
двух быстро следующих друг за другом делений — редукционного
и эквационного. Ооцит I порядка уже с самого начала своего
существования вступает в профазу редукционного деления (I про-
фазу мейоза). Однако замечательной особенностью этой фазы
в ооцитах является необычайная медленность ее протекания: она
может длиться несколько дней, недель или даже десятков лет.
Последнее наблюдается у млекопитающих, где размножение оого-
ниев заканчивается еще до рождения плода, а овуляция наступает
не раньше половой зрелости.
В самом начале профазы мейоза происходит репликация ДНК
ядра ооцита (S-фаза мейоза). Затем начинают медленно разво-
рачиваться следующие этапы профазы (лептотена, зиготена и па-
хитена), вплоть до диплотены, когда гомологичные хромосомы
уже прошли конъюгацию и начинают расходиться. Весь данный
период жизни ооцита (примерно до начала или середины дипло-
тены) получил название периода малого роста, потому что
объем ооцита за это время возрастает сравнительно мало. Однако
в ядре ооцита в период малого роста протекают интенсивнейшие
синтетические процессы. Их морфологические отпечатки были из-
вестны сравнительно давно, но молекулярные основы стали понят-
ными лишь в последнее время. Речь идет о процессах ампли-
фикации генов и о синтетической активности хромосом типа
ламповых щеток.
Амплификация генов ооцита — это образование .многочислен-
ных копий с тех участков хромосомно'й ДНК, где расположены
гены, кодирующие рибосомную РНК. Законченные копии замы-
каются д кольца и смещаются к периферии ядра. На них возника-
ют новые копии ДНК и т. д., так что процесс идет как нарастаю-
щий каскад. В исследованных случаях амплификация приводит
к возрастанию количества ДНК в ядре в 100 раз и более по срав-
нению с гаплоидным набором того же вида. Отделившиеся копии
затем обособляются морфологически в виде ядрышек. Таких яд-
рышек, расположенных на периферии ядра ооцита и затем выхо-
дящих в ооплазму, может быть несколько тысяч (рис. 12, А, 2).
В ядрышках идет синтез рибосомной РНК (рРНК). Подсчитано,
что если бы синтез рРНК шел в ооците шпорцевой лягушки с той
же скоростью, как в соматических клетках, то на него понадоби-
35
лось бы около 500 лет. В действительности же вследствие ампли-
фикации генов этот процесс заканчивается в течение 3—6 мес.
Хромосомы типа ламповых щеток были открыты в ооцитах
амфибий еще в конце прошлого века. Они названы так, потому
2
Рис. 12. Хромосомы типа «лам-
повых щеток» и амплифициро-
ванные ядрышки в ооцитах ля-
гушки.
А — центральная часть молодого
ооцита: 1—хромосомы типа
«ламповых щеток», 2 — ядрышки.
Б — схема деспирализации хро-
мосомной нити в области петли:
1 — спирализованный участок,
2 — деспирализованная петля (по
Соколову)
что напоминали исследователям ерши, которыми чистят кероси-
новые лампы (рис. 12, А, 1). Впо-
следствии выяснили, что своеоб-
разная «ершистость» этих хромо-
сом объясняется наличием у них
ряда участов, где нити ДНК «вы-
пячены» и как бы «расплетены»,
т. е. лишены обычной спиральной
структуры (рис. 12,Б). Авторадио-
графические исследования показа-
ли, что в этих «деапир авизованных»
участках особенно активно идет
синтез РНК. Показано, что в этих
местах синтезируются молекулы
информационной РНК (мРНК),
которые позже будут служить мат-
рицами для синтеза белков.
Такой интенсивный синтез в
оогенезе рРНК и мРНК связан
с тем, что он идет «впрок»: не бо-
лее трети заготовленных матриц
и рибосом используется непосред-
ственно в оогенезе. На остальных
белковый синтез начинается лишь
после оплодотворения. До того
времени молекулы мРНК сохра-
„ няются в цитоплазме в «маскиро-
ванной форме», заблокированные белковыми молекулами. Эти
прочные белок-рибонуклеиновые комплексы получили название
«информосом». Что касается белков, синтезируемых в раннем
оогенезе, то они идут большей частью на построение мембран
ооцита наружной плазматической мембраны и мембран эндо-
плазматического ретикулума.
Отложение желтка.
Первые проявления пространственной организации яйцеклетки
Вслед за стадией диплотены объем ооцита начинает резко
увеличиваться. Ооцит вступает в период так называемого большо-
го роста, характеризующийся отложением в цитоплазме запас-
ных питательных веществ, расходующихся лишь после оплодотво-
рения. Главные из них — желток, жир и гликоген. Желток пред-
ставляет собой кристаллизованные вещества белковой природы,
обычно в форме фосфопротеинов. Кристаллы выглядят как гра-
36
нулы или пластинки различной формы. Механизм отложения
желтка, несмотря на длительные исследования, еще не до конца
ясен.
По современным представлениям отложение желтка связано
с мембранами эндоплазматического ретикулума и (или) с мито-
хондриями. Некоторые авторы описывают картины кристаллизации
желтка ’внутри митохондрий; они полагают, что -существуют раз-
личные пути дегенеративного преобразования митохондрий в жел-
точные гранулы (рис. 13). Другие считают, что желточные гра-
нулы возникают из пиноцитозных пузырьков (захваченных яйце-
клеткой из периооцитного пространства) или из мембранного
компонента аппарата Гольджи. Желткообразование связано с
дегидратацией этих компонентов. Интересно, что когда после оп-
Рис. 13. Различные способы преобразования митохондрии ооцита' в желточ-
ные пластинки (по Вишнитцер)
37
лодотворения начинаются обратные процессы — обводнение и
утилизация желточных гранул — из их стенки могут возникать
мембранные компоненты, т. е. идут процессы, обратные желтко-
образованию.
Количество желтка, отлагающегося в яйцеклетке, сильно
варьирует в разных группах животных. Различают яйца пол<и-
лецитальные, или м н о го ж е л т ков ы е (большинство чле-
нистоногих, рыбы, птицы), мезолецитальные — со среднем
количеством желтка (амфибии, осетровые рыбы), олиголеци-
тальные — маложелтковые (большинство червей, моллюсков,
иглокожих) и ал ец ит а льны е, т. е. практически безжелтковые
(планцетарные формы — млекопитающие, а также и некоторые
беспозвоночные, например, первичнотрахейные). Количество желт-
ка строго детерминировано генетически и не зависит от условий
питания самки.
В процессе отложения желтка почти всегда выявляется п о-
лярность ооцита. Если ооцит в период роста, как это обычно
бывает у червей, моллюсков, иглокожих и других групп, прикреп-
лен одним концом к стенке гонады, то желток аккумулируется
именно на этом конце, а на противоположную сторону ооцита,
в центр свободной от желтка цитоплазмы, оттесняется ядро. По-
люс, богатый желтком, называется вегетативным, а противо-
положный, куда сместилось ядро, а н им а льны м. Анимально-
вегетативная поляризация — это первый и важнейший шаг созда-
ния пространственной организации будущего зародыша. Позже
мы увидим, что за редчайшими исключениями анимально-вегета-
тивная ось совершенно однозначным образом ориентирует проте-
кание основных морфологических процессов. Анимально-вегета-
тивная поляризация ооцита происходит и в тех случаях, когда
положение ооцита относительно структур яичника не строго фик-
сировано. По-видиМому, именно так обстоит дело у большинства
позвоночных.
В некоторых случаях яйцеклетка приобретает в оогенезе не
только полярную, но и билатеральную симметрию, т. е. в ней вы-
деляется одна определенная плоскость симметрии. Это проявляет-
ся в эксцентричном положении ядра и в наличии асимметрично
расположенных цитоплазматических включений (яйца ящерицы)
или жира (ооцит млекопитающих). Устанавливающаяся в оогене-
зе билатеральная организация еще очень лабильна и, как мы
увидим позже, в ходе оплодотворения может быть перестроена.
Однако в тех случаях, когда дополнительные «переопределяющие»
воздействия отсутствуют (например, партеногенетическое разви-
тие без оплодотворения), по-видимому, именно установившаяся в
оогенезе асимметрия яйцеклетки закрепляется и служит основой
для морфологической асимметрии взрослого животного.
Деления созревания ооцита (деления мейоза)
Как мы уже говорили, рассмотренные выше процессы роста
ооцита приурочены к начальным фазам мейоза, протекающим
весьма медленно. У некоторых животных сами деления созревания
38
происходят или заканчиваются лишь после оплодотворения дан-
ного яйца; подробнее об этом будет сказано в следующей главе.
У большинства же форм эти деления начинаются до оплодотворе-
ния, но лишь после воздействия гонадотропных гормонов. Одно-
временно с делениями созревания ядра ооцита происходят глубо-
кие перестройки в его цитоплазме, приводящие, в частности,
сформированию кортикального слоя — сократимого по-
верхностного слоя цитоплазмы, впоследствии играющего важную
морфогенетическую роль.
Делений созревания два; в одном из них происходит соб-
ственно редукция числа хромосом, т. е. расхождение гомологичных
хромосом по дочерним клеткам, во втором — по дочерним клет-
кам расходятся продольные половинки хромосом (хроматиды).
Первое из этих делений, в результате которого дочерние клетки
получают различные наборы хромосом, называется редукционным,
а второе, в результате которого клетки получают равные набо-
ры — эквационным. В ооцитах основная особенность этих делений
состоит в том, что цитоплазма разделяется на резко неравные
части: при каждом делении почти вся цитоплазма остается лишь
в одной из сестринских клеток, тогда как в другую, очень малень-
кую клетку переходят хромосомы с очень небольшим количеством
цитоплазмы. Эти маленькие клетки называются полярными
или редукционными тельцами. Полярные тельца выде-
ляются, как правило, на анимальном полюсе яйцеклетки, что и
определило их название. Клетки, возникшие в результате первого
деления созревания яйцеклетки, называются ооцит II поряд-
ка и I полярное тельце (,рис. 14, А—В), а в результате
второго деления — зрелое яйцо и II полярное тельце
(рис. 14, Г—Е). 1 полярное тельце, аналогично ооциту II порядка,
может также делиться на два дельца (рис. 14, Д), но впоследст-
вии дегенерирует. Резкая неравномерность делений созревания
яйцеклетки имеет очевидный биологический смысл: невыгодно
дробить накопленный в ходе роста яйцеклетки запас питательных
веществ.
Оболочки яйцеклетки
Поверх плазматической мембраны яйцо может быть одето
еще несколькими оболочками. Различают первичные (желточные),
вторичные и третичные* оболочки. Дервичные оболочки * при-
сущи яйцеклеткам всех животных, но особенно хорошо развиты
у большинства позвоночных, где они пронизаны уже упоминавши-
мися выше выростами яйцеклетки и фолликулярных клеток.
При малых увеличениях 'микроскопа такая оболочка выглядит
поэтому радиально исчерченной и называется zona radiata. Пер-
вичная оболочка яиц млекопитающих похожа на блестящий обо-
док и называется zona pellucida (рис. 11, ZP). Возможно, что ее
внешняя часть формируется выделениями фолликулярных клеток.
39
Вторичные оболочки (хорион) образуются в яичниках и
представляют собой исключительно продукт выделения фоллику-
лярных клеток. Они есть далеко не у всех яиц и лучше всего
выражены, например, у насекомых. В хорионе имеется одно или
несколько узких отверстий (микропиле), через которые спермато-
зоид проникает в яйцо.
Рис. 14. Схема деления созревания в ооците:
А — метафаза первого деления созревания; Б, В — выделение I по-
лярного тельца (1); Г, Д — метафаза и анафаза второго деления
созревания (одновременно делится I полярное тельце); Е — выде-
ление II полярного тельца (2) (по Вильсону)
Третичные оболочки выделяются железами яйцевода. В ря-
де групп (позвоночных (химеровые рыбы, амфибии, рептилии, пти-
цы) они развиты очень сильно. Поразительной сложности дости-
гают третичные оболочки у акуловых и химеровых рыб. Часто эти
оболочки имеют вытянутую форму, и яйцо в начале развития запол-
няет только часть пространства внутри плотной роговой третич-
ной оболочки. Последняя представляет собой как бы «люльку?>,
размеры которой точно подогнаны к размеру и форме зародыша
перед вылуплением. У птиц третичные оболочки представлены
белком, двумя слоями подскорлуповой пергаментной оболочки и
40
скорлупой. Названные компоненты выделяются последовательно
расположенными железами яйцевода по мере движения яйца по
яйцеводу вниз. Двигаясь по яйцеводу, яйцо вращается благодаря
сокращениям гладкой мускулатуры стенок яйцевода, о чем можно
судить по винтовой закрученности халаз — плотных тяжей бел-
кового вещества, которые поддерживают желток в менее плотной
массе белка. Интересно, что передне-задняя ось зародыша распо-
ложена всегда перпендикулярно направлению движения яйца
по яйцеводу, а направление от головы зародыша к хвосту совпа-
дает с направлением вращения яйца. Эта закономерность была
впервые отмечена Карлом Бэром и называется правилом Бэра.
До сих пор правило Бэра не получило полного объяснения.
Особенности сперматогенеза
Как уже говорилось, сперматогонии размножаются в течение
всего периода половой зрелости самца. У млекопитающих сперма-
тогонии расположены вдоль стенок семенных канальцев. По длине
семенного канальца последовательно проходят волны следующих
процессов: преобразований сперматогониев в сперматоциты I по-
рядка (что связано с некоторым ростом клеток); первых редук-
ционных делений, в результате которых из каждого сперматоцита
I порядка возникают два сперматоцита II порядка; вторых редук-
ционных делений, когда из каждого сперматоцита II порядка воз-
никают две сперматиды; преобразований каждой сперматиды
в сперматозоид — процесс спермиогенеза. Эти волны так
накладываются друг на друга, что, например, на одном и том же
поперечном срезе через семенной каналец крысы видны одновре-
менно преобразующиеся сперматиды и уже выросшие спермато-
циты I порядка (рис. 15,А) ил^_ уже совершенно готовые сперма-
тозоиды, ранние сперматиды и начавшие рост сперматоциты I по-
рядка (рис. 15,Б); или готовые сперматоциты II порядка и моло-
дые сперматозоиды, еще сидящие пучками на так называемых
клетках Сертоли, несущих, вероятно, питательную функцию и
сравнимых с фолликулярными клетками (рис. 15,В); или, наконец,
сперматоциты на I редукционном делении и сперматозоиды
(рис. 15,Г).
Та|иим образом, из каждого сперматоцита I порядка обра-
зуется по четыре сперматозоида, тогда как из одного ооцита I по-
рядка — лишь одно яйцо и три редукционных тельца. Биологи-
ческий смысл этих различий понятен: если при оогенезе важно
сохранить в одной клетке весь запас накопленных питательных
веществ, то при сперматогенезе важно, напротив, увеличить число
сперматозоидов.
В заключение опишем основные процессы спермиогенеза (пре-
образования сперматиды в сперматозоид):
41
1) ядро сперматиды сильно уплотняется, хроматин конденси-
руется и становится синтетически совершенно инертным;
2) происходят перемещения органелл клетки: аппарат Гольд-
жи также уплотняется, прижимается к ядру и формирует так на-
Рис. 15. Четыре фазы сперматогенеза в семенных канальцах крысы (А—Г):
1 — спермин, 2 — сперматогонии, 3 — сперматоциты, 4 — сперматиды, 5 —»
клетки Сертоли (по Соколову)
зываем'ую акросому, которая смещается на апикальный конец
клетки; центриоли, напротив, (смещаются на противоположный
полюс ядра и располагаются одна ближе к ядру (проксимальная
центриоль), другая дальше (дистальная центриоль);
3) из дистальной центриоли начинает расти жгутик, пред-
ставляющий собой орган движения сперматозоида. Отметим, что
42
Рис. 16. Схема строения жгутикового сперматозоида:
1 — акросома, 2 — ядро, 3 — промежуточный от-
дел, 4 — главный отдел, 5 — концевой отдел, 6—
осевая нить, 7 — митохондрии, 8 — базальная
центриоль, 9 — дистальная центриоль (по Соколову)
Рис. 17. Некоторые виды жгутиковых
(А—Д) и безжгутиковых (Е) сперма-
тозоидов:
А — жгутиковый сперматозоид жабы с
ундулирующей мембраной в хвостовом
отделе; Б — сперматозоид морского
ежа; В — рыбы Tetradon; Г — морской
свинки, с копьевидной акросомой; Д —
опоссума; Е — речного рака (по Балин-
скому)
у некоторых видов сперматозоиды лишены жгутика (круглые
черви, ракообразные). Вокруг основания жгутика, если он есть,
располагаются митохондрии в виде спирального чехлика; по-види-
мому, они поставляют энергию для движения жгута;
4) вся или почти вся цитоплазма отторгается; зрелый сперма-
тозоид практически ее лишен.
Схема строения жгутикового сперматозоида показана на
рис. 16, а некоторые жгутиковые и безжгутиковые спермин — на
рис. 17.
ЛИТЕРАТУРА
Данилова Л. В. Ультраструктур ное исследование сперматогенеза. М.»
«Наука», 1978.
Происхождение и развитие половых клеток. М., ИЛ, 1966.
Современные проблемы оогенеза. В серии «Проблемы биологии развития».
М., «Наука», 1977.
Соколов И. И. Цитологические основы полового размножения много-
клеточных животных. — В сб.: Руководство по цитологии, т. 2. М.—Л., 1966.
Равен X. Оогенез. М., «Мир», 1964.
Глава 3
ОПЛОДОТВОРЕНИЕ
И ООПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СЕГРЕГАЦИЯ
Дистантные взаимодействия гамет. — Контактные
взаимодействия гамет. — Сперматозоид внутри
яйца. — Перемещения компонентов яйца после
оплодотворения. Ооплазматическая сегрегация. —
Партеногенез и андрогенез
В зрелых половых клетках все жизненные процессы подав-
лены; клетки фактически находятся в анабиотическом состоянии.
Это используется в практике для транспортировки яиц и спермы
в замороженном виде. У подавляющего числа животных при нор-
мальном развитии именно оплодотворение служит толчком
к стремительному выходу яйцеклетки из анабиотического состоя-
ния.
Оплодотворением называют слияние сперматозоида с яйце-
клеткой, завершающееся объединением их ядер в единое ядро
оплодотворенного яйца — зиготы. Сперматозоид выполняет две
функции. Первая — активация яйца, побуждение его к началу
развития. Эта функция не специфична для сперматозоида: в ка-
честве активирующего фактора он может быть заменен рядом
физических, химических или механических агентов. Развитие яйце-
клетки без участия сперматозоида называется партеногене-
зом. Другая функция сперматозоида, в выполнении которой он
уже незаменим, — внесение в яйцеклетку генетического материа-
ла отца.
Взаимодействие половых клеток — гамет — можно разделить
на три фазы: 1) дистантные взаимодействия, осуществляющиеся
на некотором расстоянии, до соприкосновения гамет; 2) контакт-
ные взаимодействия, происходящие при непосредственном сопри-
косновении поверхностей гамет; 3) процессы, протекающие после
вхождения сперматозоида в яйцо.
Дистантные взаимодействия гамет
Основная их биологическая задача — обеспечить встречу га-
мет и вместе с тем, у ряда видов, предохранить яйцеклетку от
проникновения в нее излишнего количества сперматозоидов.
Понятно, что у животных с внешним оплодотворением должны
существовать особые механизмы, повышающие вероятность встре-
чи гамет. Одно время считалось, что на этой фазе процесса широ-
ко распространены явления хемотаксиса — движения сперма-
45
тозоидов вверх по градиенту концентрации некоторых веществ,
выделяемых яйцеклеткой. До сих пор, однако, хемотаксис показан
достоверно лишь для очень немногих случаев. Известно, что спер-
матозоиды ряда папоротникообразных движутся вверх по градиен-
ту концентрации яблочной кислоты. Методом микрокиносъемки
установлено, что сперма некоторых кишечнополостных резко
меняет направление своего движения поблизости от медузоидных
почек со зрелыми яйцеклетками; это также, по-видимому, говорит
о хемотаксисе. Предполагают, что яйцеклетка испускает хемотак-
тические вещества в тех случаях, когда она закрыта плотной обо-
лочкой с узким отверстием — микропиле (костистые рыбы).
В большинстве же случаев дистантные влияния яйцеклетки на
сперматозоид не носят направленного характера. Они осущест-
вляются двумя классами веществ, выделяемых яйцеклеткой и на-
зываемых гиногамоны I и гиногамоны II.
Гиногамоны I — низкомолекулярные вещества небелковой
природы, выделяемые яйцевыми оболочками. Эти вещества акти-
вируют движения спермиев и тем самым повышают вероятность
их встречи с яйцеклеткой. Гиногамоны II (фертилизины, изоаг-
глютинины) — видоспецифические вещества белковой природы
(по-видимому, гликопротеиды), вызывающие склеивание спермиев
путем иммунной реакции с комплементарным им андрогамо-
ном II (антифертилизином), молекулы которого встроены в по-
верхностную оболочку спермия. Биологический смысл этой реакции
агглютинации спермиев состоит, по-видимому, в предохранении
яйцеклетки от проникновения в нее избыточных сперматозоидов.
В свою очередь, сперматозоиды выделяют во внешнюю среду
андрогамон I — вещество небелковой природы, представляю-
щее собой антагониста гиногамона I и подавляющее подвижность
спермиев. Известна также группа веществ, локализованных в ак-
росоме сперматозоида и вызывающих растворение оболочек яйца.
Это с п е ip м о л и з и н ы, относящиеся к протеолитическим фермен-
там. Для спермиев млекопитающих особенно характерен фермент
гиалуронидаза, растворяющий оболочку яйца и способствующий
рассеиванию венчика фолликулярных клеток (corona radiata).
Достаточная концентрация гиалуронидазы поддерживается бла-
годаря большому количеству сперматозоидов в половых путях
самки, а также благодаря ее выделению стенками яйцеводов.
Контактные взаимодействия гамет
До недавнего времени считалось, что активная контактная
реакция присуща только яйцеклетке. Лишь позже, с использова-
нием методов фазово-контрастной и электронной микроскопии
обнаружили, что контактная реакция присуща также и спермато-
зоиду. Она получила название акросомной реакции.
Акросомная реакция происходит при контакте сперматозоида
не только с оболочкой яйца, но иногда и с другой твердой поверх-
46
ностью. Она сводится к очень быстрым (занимающим несколько
десятков секунд) изменениям в акросомной области сперматозои-
да. У многих беспозвоночных и некоторых рыб при этом происхо-
дит выбрасывание так называемой акросомной нити в сторону
твердого субстрата или поверхности яйца. Электронно-микроско-
пические исследования, проведенные супругами Колвин по акро-
сомной реакции у аннелиды Hydroides и кишечнодышащего Sac-
coglossus, выявили промежуточные стадии этой реакции (рис. 18,
Рис. 18. Акросомная реакция у сперматозоида кишечнодышащего Sac-
coglossus kowalevski:
А — акросома неактивированного сперматозоида, Б — выделение акро-
сомных гранул, В, Г — последовательные стадии выбрасывания акросом-
ной нити, Д — акросомная нить достигает поверхности яйца, я — ядро
сперматозоида, а — акросома, кг — кортикальные гранулы поверхности
яйца (по Колвин и Колвин)
А—Д). Наружная мембрана, покрывающая акросому, лизируется,
и вещества акросомы (спермолизины) выходят в окружающую
среду (рис. 18,Б), что приводит к быстрому разрыхлению яйцевых
оболочек4' в месте контакта со спермием. Затем возникают выпя-
чивания мембраны акросомы, в результате чего образуется одна
или целый пучок так называемых акросомных трубочек,
которые и выглядят при малом увеличении как нити (рис. 18,6,
Г). Они удлиняются и вступают в контакт с плазматической мем-
47
браной яйца (рис. 18,Д). В месте контакта плазматические мем-
браны сперматозоида и яйцеклетки сливаются, и содержимое ак-
роюомной трубочки соединяется с цитоплазмой яйцеклетки. Чуть
позже по акросомной трубочке в яйцеклетку перейдет ядро и
центриоли сперматозоида. Но еще перед этим начинается реакция
активации яйцеклетки.
Реакция активации яйцеклетки по-разному выражена у раз-
ных видов. Мы познакомимся с ее ходом на примере тех видов,
где она ясно связана с перестройками поверхностного (кортикаль-
ного) слоя яйцеклетки и называется поэтому кортикальной
реакцией. Сюда относится большинство беспозвоночных, в том
числе морской еж, а также костистые рыбы, амфибии. Толчком
к кортикальной реакции служит прикосновение сперматозоида.
Если после нескольких секунд касания удалить сперматозоид, кор-
тикальная реакция тем не менее протекает до конца.
События, слагающие кортикальную реакцию, разыгрываются
на нескольких уровнях. Раньше всего ученые обнаружили пере-
стройки морфологического уровня, видимые, как правило, при
малых увеличениях светового микроскопа или даже невооружен-
ным глазом. Позже были изучены физико-химические и, наконец,
субмикроскопические явления кортикальной реакции. Рассмотрим
компоненты этой реакции.
Самый явный признак кортикальной реакции — быстрое до-
страивание (утолщение) и отслаивание от поверхности яйца жел-
точной оболочки. Так как она становится ясно видимой лишь
после оплодотворения, то и называется часто оболочкой оп-
лодотворения, В результате отслаивания оболочки оплодот-
ворения между ней и поверхностью яйцеклетки образуется пери-
вителлиновое пространство. В него изливается содержимое так
называемых кортикальных гранул (рис. 18,Д), находящихся в по-
верхностном слое оплодотворенных яиц. Разрыв кортикальных
гранул и составляет видимую основу кортикальной реакции.
Начало распада кортикальных гранул наступает уже через
несколько секунд после установления контакта со спермием и при-
урочено к месту соприкосновения с ним. Оттуда процесс распада
гранул, секреции их содержимого и соответственно отслоения жел-
точной оболочки распространяется во все стороны. В яйце осетра
требуется 3 мин, а в яйце белуги 5 мин, чтобы данная реакция
дошла до противоположного полюса яйца; это соответствует ско-
рости порядка 50 мкм в 1 с (в 800 000 раз медленнее нервного
импульса).
Много исследований было посвящено физико-химическим из-
менениям, связанным с кортикальной реакцией. Полученные дан-
ные существенно различаются у разных видов, и их нелегко обоб-
щить. Все же можно сказать, что у большинства яиц кортикаль-
ная реакция связана со значительным повышением проницаемости
мембраны яйцеклетки и выходом из ее кортикального слоя ионов,
калия и кальция. Мембранный потенциал падает при этом от
48
незначительного отрицательного до примерно +50 мВ. Впрочем,,
данное падение кратковременное: исходная величина восстанавли-
вается после завершения кортикальной реакции. Оптические ис-
следования показали, что при кортикальной реакции изменяется
характер двойного лучепреломления; это свидетельствует об изме-
нении исходного радиального расположения белковых мицелл
кортикального слоя на тангенциальное (параллельное поверх-
ности).
Молекулярные перестройки, связанные с реакцией активации,,
не ограничиваются кортикальным слоем, а распространяются и
внутрь яйцеклетки. Уже в первые секунды после оплодотворения
в яйцеклетках многих животных резко возрастает интенсивность
дыхания и работы протеолитических ферментов. Через несколько»
минут после оплодотворения начинается также интенсивный син-
тез белка. Столь же быстрый синтез начинается и после удаления
ядра из оплодотворенной яйцеклетки. Это и понятно, так как мы
уже знаем, что все звенья аппарата белкового синтеза — молеку-
лы мРНК и рибосомы — были заготовлены еще в оогенезе и лишь
находились в заблокированном, неактивном состоянии. * Быстрое
возрастание белкового синтеза связано, по-видимому, либо с де-
маскированием мРНК (ее выходом из состава информосом), либо»
с какими-то изменениями в рибосомах.
Таким образом, активация яйцеклетки — чрезвычайно быст-
рая и широкая по своему охвату реакция. Напомним, что для нее
достаточен самый кратковременный контакт между поверхностя-
ми яйцеклетки и сперматозоида. Следовательно, реакция
активации обеих гамет запускается чисто кон-
тактными взаимодействиями. Это ее первое замеча-
тельное свойство.
Второе ее свойство — быстрота и способность распростра-
няться на относительно большие расстояния. Несмотря на то что
реакция активации приводит к быстрой интенсификации синтезов,,
сама она, по-видимому, ни с какими синтезами не связана — они
не смогли бы пройти так быстро. Все составные части реакций
активации обеих гамет, которые нам до сих пор известны: разрыв-
и выпячивание акросомных мембран сперматозоида, разрыв кор-
тикальных гранул в наружном слое яйцеклетки, изменение прони-
цаемости и оптических свойств кортикального слоя — это процес-
сы, протекающие на уровне структурных перестроек клеточ-
ных мембран. Как мы увидим в дальнейшем (гл. 8 и 9),
перестройки этого рода играют важную роль во взаимодействиях
и дифференцировке клеток.
Сперматозоид внутри яйца
У различных групп животных сперматозоид входит в яйце-
клетку на разных этапах оогенеза. Выделяют четыре так называе-
мых типа оплодотворения. К первому относятся только
49
яйцеклетки морского ежа, в которые сперматозоид проникает
лишь после прохождения обоих делений созревания. У других
животных, однако, сперматозоид проникает в яйцеклетку, еще не
закончившую или даже не начавшую деления созревания. Так,
в яйцеклетку позвоночных сперматозоид входит на стадии мета-
фазы второго деления созревания и необходим для завершения
этого деления (второй тип оплодотворения). В яйцеклетки асци-
дий, некоторых моллюсков и аннелид сперматозоид проникает
на метафазе I деления созревания (третий тип). Сперматозоид
аскариды входит в яйцеклетку еще до прохождения ею обоих де-
лений созревания (четвертый тип). Разновидностью последнего
типа можно считать интересное явление, наблюдавшееся у реснич-
ного червя Convoluta borealis; сперматозоид может в некоторых
случаях проникнуть в ооцит, еще не завершивший свой рост. Тог-
да рост ооцита сразу прекращается и наступает его созревание.
Поэтому в зависимости от времени вхождения сперматозоида у
«С. borealis возникают яйца разной величины. Во всех случаях,
однако, объединение ядерного материала обеих гамет (карио-
гамия) наступает лишь после завершения яйцеклеткой обоих
делений созревания.
У большинства животных сперматозоид входит в яйцеклетку
целиком, включая хвостовую часть; у некоторых видов жгутик
остается на поверхности. Но, и оказавшись ънутри яйцеклетки,
жгутик сперматозоида не играет никакой роли в дальнейшем дви-
жении последнего. Сперматозоид сразу же поворачивается шейкой
вперед; вокруг центриоли возникает характерное полярное сияние.
Центриоль, по-видимому, и становится органом движения сперма-
тозоида внутри яйца. Хроматин в ядре сперматозоида деспирали-
зуется. Ядро сперматозоида называют теперь мужским про-
нуклеусом. Хроматин ядра яйцеклетки после завершения де-
лений мейоза тоже деспирализуется. Это ядро называется жен-
ским пронуклеусом.
Прежде чем сблизиться, пронуклеусы проделывают сложные
движения («танец пронуклеусов»). Сначала мужской пронуклеус
движется внутрь яйца перпендикулярно поверхности и независимо
ют положения женского пронуклеуса. Этот отрезок пути называют
«дорожкой проникновения». Затем оба пронуклеуса движутся на-
встречу друг другу по «дорожке копуляции».
У морского ежа кариогамия выражается в непосредственном
слиянии адрону клеу сов; образуется единое ядро зиготы. В тех слу-
чаях, когда между вхождением сперматозоида и кариогамией про-
ходит более длительный сорк, оболочки пронуклеусов растворяют-
ся еще до их сближения, и хромосомы спирализуются. Тогда ка-
риогамия выражается в том, что хромосомы обоих пронуклеусов
располагаются в одной плоскости — плоскости метафазной плас-
тинки первого митотического деления оплодотворенного яйца.
При кариогамии или незадолго перед ней в хромосомах обоих
пронуклеусов всегда происходит удвоение ДНК. Таким образом,
50
кариогамия непосредственно переходит в первое деление зиготы..
Существует мнение, что одну или даже обе центриоли веретена
этого деления вносит с собой сперматозоид. У некоторых кольча-
тых червей на концах веретена первого деления зиготы центриоли
резко неравны по величине. Предполагают, что большая из них
перешла из яйцеклетки, а меньшая — из сперматозоида. Вопрос
этот, однако, до конца не решен.
В некоторых группах животных наблюдается так называемая
физиологическая, или естественная, полиспермия — проникнове-
ние в яйцеклетку многих сперматозоидов. К ним относятся акуло-
вые рыбы, рептилии, птицы. Но с ядром яйцеклетки всегда сли-
вается только один. Остальные могут некоторое время делиться
с помощью собственных центриолей, но рано или поздно погибают.
Перемещение компонентов яйца после оплодотворения.
Ооплазматическая сегрегация
Непосредственно после проникновения сперматозоида (иля
воздействия партеногенетического агента) начинаются интенсив-
ные перемещения составных частей цитоплазмы яйцеклетка
(ооплазмы). Иногда при этом происходит расслоение, отмеши-
вание различных составных частей ооплазмы, что обозначается
как ооплазматическая сегрегация. В ходе этого про-
цесса намечаются основные, хотя и далеко не все, элементы про-
странственной организации зародыша. Поэтому данный этап раз-
вития иногда называют проморфогенезом; имеется в виду,,
что в это время как бы расставляются вехи для будущих морфо-
генетических процессов.
Ооплазматическая сегрегация протекает у различных видов
с неодинаковой степенью подробности и на разных стадиях ран-
него развития. Здесь мы рассмотрим лишь те процессы ооплазма-
тической сегрегации, которые протекают до начала дробления
яйцеклетки. Сегрегация в течение дробления будет рассмотрена
в следующей главе.
У некоторых кишечнополостных сегрегация ограничивается
расслоением ооплазмы на внешний ободок эктоплазмы (иногда
окрашенный различными пигментами и бедный питательными
включениями) и внутреннюю массу эндоплазмы, богатую желтком
и другими запасными питательными включениями. Уже такое
достаточно простое расслоение влияет на последующие процессы
развития, определяя в яйцах гипогенетических медуз радиальную
установку веретен делений дробления.
На вегетативном полюсе яйцеклетки брюхоногого моллюска
Lymnaea (прудовик) вскоре после оплодотворения формируется
четко отграниченный сектор так называемой вегетативной поляр-
ной плазмы ( рис. 19, Ai); после делений созревания вещества по-
лярной плазмы быстро растекаются под поверхностью яйцеклетки
в направлении анимального полюса (рис. 19,А2—А3). Наиболее
51
существенные сегрегационные процессы в яйцеклетках моллюсков
происходят позже, в период их дробления.
У морского ежа до оплодотворения под всей поверхностью
яйца рассеян красный пигмент — эхинохром. После оплодотворе-
ния он концентрируется в виде пояска в экваториальной зоне
яйца.
Рис. 19. Процессы ©©плазматической сегрегации в яйцеклетках разных
групп животных до начала их дробления:
Ai—А3 — смещение вещества полярной плазмы (мелкие точки) от вегета-
тивного (вег) к анимальному (ан) полюсу в период между первым деле-
нием созревания и слиянием пронуклеусов в яйцеклетке моллюска прудови-
ка (по Равену); Б1—Б3 — сегрегация в яйцеклетках асцидий, связанная с
детерминацией их сагиттальной плоскости [Б1 — неоплодотворенное яйцо,
Б2 — яйцо сразу после вхождения сперматозоида, Б3 — яйцо перед первым
делением дробления (по Конклину)]; В — вхождение сперматозоида в яйцо
лягушки [D—дорсальная, V—вентральная сторона, д. пр.—дорожка про-
никновения сперматозоида, с. с. — зона серого серпа]; Гь Г2, Г3 — сегрега-
ция внутренних компонентов ооплазмы в яйце хвостатой амфибии Disco-
glossus pictus через 15, 75 и 135 мин после оплодотворения. [D — дорсаль-
ная, V—вентральная сторона, с. с. —серый серп (по Клааг, Юббельс)]
В перечисленных случаях сегрегационные процессы симмет-
ричны по меньшей мере относительно полярной оси яйца. Теперь
рассмотрим такие случаи, когда сегрегация нарушает полярную
симметрию и приводит к выделению в яйцеклетке некоторой ме-
ридиональной плоскости, соответствующей сагиттальной плоскости
будущего зародыша. Именно в этих случаях наиболее ясно выра-
жается проморфологическое значение сегрегационных процессов.
Самыми наглядными примерами могут служить яйца асцидий и
амфибий.
В яйцах асцидий процессы сегрегации хорошо заметны бла-
годаря разной окраске составных частей яйца. Неоплодотворенное
яйцо асцидии Styela содержит гомогенно рассеянные по всему
кортикальному полю желтые гранулы (рис. 19,Bi). После оплодо-
52
творения они приходят в движение и текут сначала к вегетатив-
ному полюсу, а затем несколько 1подним-аются <к аномаль-
ному полюсу по той стороне яйца, куда проник сперматозоид
(рис. 19,Б2). Там они располагаются под экватором в виде так
называемого желтого серпа (рис. 19,Бз). На противоположной сто-
роне яйца появляется другой серп, состоящий из светло-серого
компонента. Вегетативное полушарие заполняется ооплазмой, бо-
гатой желтком и митохондриями, а анимальное — прозрачной
безжелтковой цитоплазмой. Каждый из названных компонентов
ооплаэмы дает впоследствии начало определенной структуре:
желтый серп — мезодерме, светло-серый серп — хорде; через
середины этих серпов и проходит сагиттальная плоскость; цито-
плазма вегетативного полушария соответствует энтодерме, ани-
мального — эктодерме.
Менее сложная сегрегация, но также выделяющая сагитталь-
ную плоскость, протекает в яйцах амфибий. В анимальном полу-
шарии их яиц, непосредственно под плазматической мембраной,
в кортикальном слое лежат гранулы пигмента. Сперматозоид при
вхождении в яйцо увлекает за собой часть гранул, расположенных
поблизости от точки его проникновения. Это вызывает отток гра-
нул с противоположной стороны яйца. Сильнее всего отток точно
в плоскости вхождения сперматозоида. Поэтому участок кортекса,
расположенный в этой плоскости напротив места вхождения и на
границе .аним ал иного и 1вегетати'вно1го полушарий, более всего
светлеет и приобретает серый оттенок (рис. 19,В, Д). Этот участок
имеет серповидную форму и называется серым серпом. Зави-
симость между местом вхождения сперматозоида и локализацией
серого серпа была показана английским исследователем Ньюпор-
том еще в 50-х годах XIX в., а затем — В. Ру: поднося сперма-
тозоиды в пипетке к определенным точкам поверхности яйца, он
наблюдал образование серого серпа на противоположной стороне.
Интересно, что аналогичное действие на яйцеклетку оказывает и
введенная с помощью пипетки взвесь разрушенных сперматозои-
дов. Ооплазматическая сегрегация в яйцах амфибий не ограничи-
вается поверхностным слоем, но захватывает внутренние слои
яйца; различные компоненты ооплазмы перемещаются к дорзаль-
ной стороне яйцеклетки, как показано на рис. 19,Г1—Гз.
Подробно асцидиям, серый серп у амфибий также намечает
плоскость сагиттальной симметрии: она проходит через середину
серпа. Это связано с тем, что из материала серого серпа возникает
впоследствии так называемая дорсальная губа бластопора —
центр зарождения процесса гаструляции и «первичный организа-
тор» осевых органов зародыша (подробнее см. главы 5 и 6).
Несмотря на более чем столетнюю историю исследования се-
рого серпа, сведения об ооплазматических процессах, связанных
с его образованием и закреплением, неполны и противоречивы.
По-видимому, образование серого серпа связано с какими-то стой-
кими перестройками кортикального слоя яйца: если участок кор-
53
текального слоя из области серого серпа пересадить в другую
область яйца, он сохраняет там свои свойства. Этот тонкий опыт,
проделанный английским исследователем Кертисом в 1960. г., мы
обсудим более подробно в гл. 6.
Еще в конце XIX в. стало известно, что можно вызывать
образование второго серого серпа простым переворачиванием яй-
ца лягушки и закреплением его в этом положении. Желток под
действием силы тяжести стекает вниз, в анимальное полушарие,
и эти-то потоки желтка и вызывают, по-видимому, в кортикальном
слое те изменения, которые порождают дополнительный серый
серп, возникающий обычно напротив основного серпа. Таким об-
разом, серп — достаточно легко воспроизводимая структура.
Затронутая в данном исследовании проблема соотношения
кортикальных и эндоплазматических перестроек в* процессах
ооплазматической сегрегации — одна из центральных для раннего
развития. Большинство исследователей считают, что проморфо-
логическая организация, возникающая под действием сегрегацион-
ных процессов, закреплена именно в кортикальном слое. Основной
довод в поддержку высказанной точки зрения — опыты по цент-
рифугированию яиц. Если нарушить с помощью центрифугирова-
ния нормальное распределение веществ ооплазмы, то у большин-
ства видов яйцеклеток серьезных нарушений развития не прои-
зойдет, а выведенные из нормального расположения компоненты
ооплазмы мало-помалу вернутся примерно на прежние места. Это
объясняется тем, что центрифугирование не нарушило некоторого
жесткого остова яйцеклетки, который, очевидно, может быть ло-
кализован только в кортикальном слое. Хотя вывод носит косвен-
ный характер, в общей форме с ним трудно не согласиться: и по-
ложение сагиттальной плоскости, и особенно полярность яйце-
клетки фиксированы в кортикальном слое. Однако механизм
взаимодействий ооплазмы с кортексом и внутренние механизмы
самой ооплазматической сегрегации остаются до сих пор, по сути
дела, неизвестными.
Процессы ооплазматической сегрегации привлекали большое внимание ис-
следователей на заре механики развития, поскольку они рассматривались как
довод в пользу неопреформизма. Так как эти процессы протекают в самом на-
чале развития, в них искали решение всех его загадок. В более позднее время
тоже думали, что кортикальный слой или сегрегированная ооплазма представ-
ляют собой мозаику областей, содержащих внутри себя полную «информацию»
о тех дефинитивных (окончательных) структурах взрослого организма, кото-
рые из данных участков яйца возникают. Но в дальнейшем выяснили, что
очень часто судьбы многих частей зародыша могут быть изменены много поз-
же, чем завершилась ооплазматическая сегрегация, и, таким образом, не на-
ходятся с ней в обязательной связи. Это, конечно, не значит, что ооплазмати-
ческая сегрегация не имеет значения для последующего развития. Напротив,
ее значение велико, но выражается оно не в окончательной детерминации ча-
стей зародыша, а, скорее, в пространственной «разметке» ближайших процес-
сов развития: делений дробления, движений гаструляции и других процессов,
к которым мы перейдем в следующих главах. Неслучайно, например, сегрега-
ционные движения ооплазмы у асцидий, рыб и амфибий удивительно напоми-
нают последующие гаструляционные движения у этих же зародышей.
54
Партеногенез и андрогенез. Как уже говорилось, яйца многих
животных могут быть активированы естественно или искусственно
без помощи сперматозоида. Развитие без участия сперматозоида
называют партеногенезом. Естественный партеногенез типи-
чен для летних поколений некоторых ракообразных и коловраток;
он обнаружен у пчел, ос, ряда чешуекрылых, а из позвоночных —
у некоторых видов ящериц и змей. Успешные опыты по искус-
ственному партеногенезу относятся ко второй половине XIX в.
А. А. Тихомирову удалось в 1886 г. стимулировать развитие не-
оплодотворенных яиц тутового шелкопряда кратковременным на-
греванием или потиранием щеткой. Американский биолог Ж- Леб
(Loeb) (1859—1924) вызывал партеногенез у яиц морского ежа
широким набором агентов — действием r-wneip- или гипотониче-
ской морской воды кислотами, мочевиной, сахарозой. Француз-
ский эмбриолог Э. Батайон (Bataillon) активировал яйцо лягуш-
ки уколом иглы, смоченной в лягушиной крови. У кролика описа-
но партеногенетическое развитие из яйца, имплантированного в
матку после двухсуточного пребывания in vitro в культуральной
среде. Столь широкий и явно неспецифический набор агентов хо-
рошо подтверждает представления о неустойчивом состоянии зре-
лой яйцеклетки и неспецифичности стимула к активации.
Своеобразной разновидностью партеногенеза является гино-
генез — оплодотворение спермой другого (родственного) вида,
которая лишь активирует яйцеклетку, но не вносит свой генети-
ческий материал в геном зародыша. Например, яйца серебряного
карася могут быть стимулированы спермой сазана, плотвы, обык-
новенного карася. В популяциях гиногенетических животных встре-
чаются только самки. Имеются данные, что гиногенез может быть
вызван искусственно термошоком или облучением яйцеклетки.
Андрогенез — явление, обратное партеногенезу, т. е. раз-
витие яйцеклетки с участием только мужского ядра. Известны
случаи естественного андрогенеза; андрогенетики встречаются у
табака и кукурузы, а также иногда у тутового шелкопряда.
Андрогенез может быть вызван и искусственно. Еще в начале
нашего века были поставлены опыты по оплодотворению фрагмен-
тов яиц морского ежа, лишенных собственного ядра. Такая разно-
видность искусственного андрогенеза, когда оплодотворяется
фрагмент яйца, называется мерогонией. Опыты по мерогонии
были использованы для решения важнейшего вопроса генетики:
передается ли наследственность только через ядро или также
через цитоплазму. Так как сперматозоид практически не содержит
цитоплазмы, то, в случае если андрогенетический организм будет
нести только отцовские признаки, следует исключить цитоплазма-
тическую передачу наследственности. Для опытов по мерогонии
брали самца и самку разных видов морских ежей, отличающихся
типом строения скелета. У полученных андрогенетиков действи-
тельно наблюдался скелет чисто отцовского типа, тогда как у ис-
тинных гибридов скелет был промежуточной формы.
55
Широкую известность приобрели опыты советского биолога
Б. Л. Астаурова по искусственному андрогенезу у тутового шелко-
пряда, имеющие не только теоретическое, но и прямое практичес-
кое значение. Ядро яйцеклетки инактивировали кратковременным
прогревом или облучением яиц. После этого яйца оплодотворяли.
Два из многих проникших в яйцо сперматозоидов сливались,
и восстанавливался нормальный диплоидный набор хромосом
(были получены также и полиплоиды). Теоретическое значение
опытов Б. Л. Астаурова состояло в том, что снова был подтверж-
ден принцип передачи наследственности только через ядерные
структуры. Практическое же значение выражалось в получении
чистой популяции самцов, коконы которых содержат больше шел-
ка, нежели коконы самок. При андрогенезе тутового шелкопряда
получали исключительно самцов, потому что у чешуекрылых особи
мужского пола содержат в диплоидном наборе одинаковые поло-
вые хромосомы XX, а самки — ХУх Понятно, что в андрогенети-
ческих поколениях хромосома У отсутствует. Если же требовалось
получить одних самок, то подавляли нагреванием деления созре-
вания яйцеклеток. Развитие шло путем партеногенеза из яйце-
клеток, не прошедших деления созревания.
Эти опыты можно рассматривать как один из первых успеш-
ных шагов генетической инженерии — направленной перестройки
генома в прикладных целях.
ЛИТЕРАТУРА
Дорфман В. А. Физико-химические основы оплодотворения. М., Из'д-во
АН СССР, 1963.
Астауров Б. Л. Генетика и развитие. М., «Наука», 1976.
Гинзбург А. С. Закономерности оплодотворения у животных. М., «Зна-
ние», 1977.
Ротшильд Л. Оплодотворение. М., ИЛ, 1958.
Глава 4
ДРОБЛЕНИЕ
Определение и биологическое значение дробле-
ния. — Особенности клеточных циклов при дроб-
лении. — Процесс цитотомии при дроблении. —
Пространственная организация дробления. — Диф-
ференцировка бластомеров в ходе дробления. —
Бластуляция. — Типы бластул. — Активация гено-
ма зародыша
Определение и биологическое значение дробления
Мы уже говорили, что после объединения хромосомных набо-
ров обоих пронуклеусов без всякого перерыва начинается мито-
тическое деление ядра зиготы. За этим первым делением следует
серия следующих делений ядер и цитоплазмы, общие свойства
которых таковы: 1. Разделившиеся клетки зародыша не растут,
т. е. в промежутке между делениями масса их цитоплазмы не
увеличивается. В результате суммарный объем и масса всех воз-
никших клеток не превышает объема и массы яйцеклетки во вре-
мя оплодотворения; 2. Между тем количество ДНК в ядре удваи-
вается после каждого деления, как и при обычном митозе, так что
все клетки сохраняют диплоидность. Эта серия делений называет-
ся дроблением яйцеклетки. Действительно, из-за отсутствия
роста клеток после деления яйцеклетка как бы дробится на все
более мелкие клетки. Последние называются бластомерами,
а разделяющие их плоскости — бороздами дробления.
Таким образом, дробление — это многократные митотические,
деления зиготы, в результате которых зародыш становится много-
клеточным, не меняя при этом существенно своего объема.
Образование многоклеточности — первая и основная биоло-
гическая функция дробления. Вторая его функция состоит в уве-
личении так называемого ядерно-плазменного отношения. Еще за-
долго до возникновения современных представлений о роли ДНК
в клеточном метаболизме было понято, что для нормальной жиз-
недеятельности клетки должно поддерживаться определенное от-
ношение между количеством ядерного и цитоплазматического
вещества. Это отношение было названо ядерно-плазменным отно-
шением и обозначалось как я/пл. Для нормальной жизнедеятель-
ности обычной соматической клет.ки требуется определенная, не
слишком малая величина я/пл. Между тем нетрудно видеть, что
я/пл резко падает в ходе большого роста ооцита. Например, если
57
у веслоногих раков в ооците до начала роста я/пл составляет при-
мерно 1/15, то в ходе большого роста оно падает до 1/1260; для
ооцитов морского ежа соответственные величины равны 1/6 и
1/550. Еще значительнее падает я/пл в яйцах с большим количест-
вом желтка. Основное биологическое значение дробления и со-
стоит в восстановлении примерно тех величин я/пл, которые су-
ществовали до периода большого роста. Обоим рассмотренным
объектам для этого потребуется от 6 до 7 делений дробления
(у веслоногих рака я/пл уменьшилось в 84 раза, у морского ежа —
в 91 раз; после 6 делений дробления объем протоплазмы в каж-
дом бластомере уменьшится в 26 = 64 раза, после 7 делений —
в 27= 128 раз).
Особенности клеточных циклов при дроблении
Характерная особенность клеточных циклов дробящихся
бластомеров — фактическое отсутствие у них основного периода
интерфазы, так называемого Gi-периода, на который у обычных
соматических клеток уходит основная часть клеточного цикла.
Это связано с тем, что у дробящихся бластомеров удвоение ДНК
(т. е. процесс, соответствующий S-фазе) для каждого последую-
щего деления начинается уже в телофазе предыдущего деления.
Таким образом, непосредственно после митоза бластомер перехо-
дит в S-фазу, минуя Gi-фазу. Фактически в бластомере почти все
время находится тетраплоидный набор хромосом. Это подтверж-
дается прямыми цитофотометрическими измерениями количества
ДНК в ядрах бластомеров. Синтез ДНК при дроблении происхо-
дит с максимальной для данного вида скоростью. Столь быстрый
синтез ДНК объясняется, по крайней мере для некоторых видов
яиц, использованием накопленных в оогенезе низкомолекулярных
предшественников ДНК: тимидин и цитидин-3-фосфатов.
Первые деления дробления у большинства яиц проходят стро-
го синхронно. Однако продолжительность синхронного периода
различна у разных групп животных и жестко связана со временем
дифференцировки отдельных бластомеров, к чему мы позже еще
вернемся. Дифференцировка бластомеров, по-видимому, связана
с изменениями длительности их клеточных циклов. У круглых
червей уже третье деление дробления может быть асинхронным
(имеется стадия шести бластомеров), у моллюсков последнее син-
хронное деление — третье, а у морского ежа период синхронных
делений завершается на стадии 16 бластомеров (т. е. на четвер-
том делении). У млекопитающих уже первые два бластомера дро-
бятся асинхронно. Переход к асинхронным делениям сопровож-
дается рядом цитологических перестроек, из которых самая на-
глядная — появление ядрышек в ядрах бластомеров.
Переход к асинхронности не означает вместе с тем полной
независимости клеточных циклов в отдельных бластомерах. Кино-
съемка яиц амфибий в период асинхронных делений показала,
58
что деления как бы 'прокатываются последовательными волнами:
в начале каждой волны делятся анимальные бластомеры, в кон-
це — вегетативные. По-видимому между бластомерами существу-
ют какие-то взаимодействия, «подравнивающие» их клеточные
циклы.
Процесс цитотомии при дроблении
Цитотомия — деление самого тела клетки (в противоположность митозу —
делению клеточного ядра). Хотя почти каждое клеточное деление как бласто-
меров, так и позднеэмбриональных и взрослых клеток включает в себя и ми-
тоз, и цитотомию, последний процесс именно при дроблении протекает с осо-
бенной наглядностью, значительной автономностью и имеет особое морфогене-
тическое значение. Это в первую очередь связано с большими абсолютными
размерами бластомеров и малой величиной ядерно-ллазменного отношения в них.
В процессе цитотомии можно выделить фазу, связанную с образованием
перетяжки между бластомерами, и фазу синтеза, а точнее, сборки новых
участков клеточной мембраны, образующей перегородку между вновь разде-
лившимися бластомерами. Цервая фаза протекает в норме на поздних стадиях
данного митотического деления — в период анафазы и телофазы, вторая —
после завершения деления, в период интерфазы.
В бедных желтком (алецитальных и олиголецитальных) яйцах образова-
ние перетяжки между бластомерами обусловлено, по современным представле-
ниям, работой сократимого кольца из микрофиламентов — тончайших внутри-
клеточных сократимых волоконец. Примерно к стадии анафазы каждого деле-
ния дробления это кольцо собирается в плоскости будущей растяжки из более
мелких субъединиц (мицелл). Сборка происходит за несколько десятков минут
под прямым влиянием полюсов митотического веретена, т. е. центриолей и по-
лярных лучистостей. Ядерные структуры для этого не нужны: перетяжки мо-
гут образовываться в энуклеированных (лишенных ядер) яйцеклетках так же,
как и- в содержащих ядро. С другой стороны, если механическим путем (сдав-
ливанием яйца между стеклянными пластинками) сдвинуть митотическое вере-
тено из его обычного положения, то перетяжка между бластомерами (борозда
дробления) возникает в необычном для нее месте поверхности яйца, но точно
посередине между полюсами веретена. Таким образом, из обоих полюсов вере-
тена исходят какие-то направленные влияния (их распространение может быть
связано с микротрубочками, образующими полярные лучистости) в той плос-
кости, где эти влияния от противоположных полюсов встречаются в субкор-
тикальном слое и происходит сборка кольца из микрофиламентов. После того
как это кольцо собралось, оно уже начинает работать автономно, независимо
от полюсов веретена, и перетяжка между бластомерами продолжает углуб-
ляться.
В яйцах с большим количеством желтка (мезо- и особенно полилециталь-
ных) сокращение микрофиламентарного кольца не может полностью осущест-
вить цитотомию. Решающее значение приобретает своеобразный, малоизучен-
ный процесс активного роста вершин врезающихся в яйцо борозд дробления.
Врезающиеся борозды чутко улавливают неоднородности структуры ооплазмы
и стремятся пройти по границе между отдельными ее фазами, чем способ-
ствуют закреплению и завершению ооплазматической сегрегации. В случаях
сильных искусственных нарушений процесса сегрегации борозды могут даже
ветвиться, что, конечно, полностью дезорганизует ход дробления.
Бластомеры^олиголецитальных яиц сразу же по завершении цитотомин
остаются связанными между собой лишь тоненьким мостиком. Именно в это
время их легче всего разделить. Через некоторое время, однако, поверхность
контакта между ними увеличивается. Это происходит в результате встраива-
ния новых субъединиц плазматической мембраны в поверхность* бластомера.
Процесс встраивания достаточно активен. Подсчитано, что в яйцах шпорце-
вой лягушки после первого деления дробления за 1 мин образуется 4-Ю3 мкм2
новой мембраны. В результате встраивания новых участков мембраны бласто-
меры начинают плотно соприкасаться. Как правило, особенно в ранних деле-
59
ния-х дробления, бластомеры увеличивают контактную поверхность симметрич-
но. Однако бывает и так, что один из контактирующих бластомеров как бы
натекает на другой, остающийся округлым. В период увеличения контактной
поверхности бластомеры могут совершать различные другие движения друг по
другу, которые мы рассмотрим несколько позже. Процессы, связанные с изме-
нением площади контакта между отдельными бластомерами, имеют, по-види-
мому, важное значение для определения их дальнейшей судьбы. Не меньшее
значение, как мы потом увидим, контактные взаимодействия клеток имеют в
более поздних процессах морфогенеза и цитодифференцировки.
Пространственная организация дробления
За редким исключением, бластомеры дробящихся яиц распо-
лагаются в строгом порядке как друг относительно друга, так и
относительно полярной оси яйца. Кроме того, бластомеры обла-
дают закономерными (обычно — поярусными) различиями в раз-
мерах. Эти проявления пространственной организации определяют-
ся в основном следующими типами процессов: 1) закономерным
расположением интерфазных ядер в бластомерах; 2) закономер-
ной ориентацией веретен последовательных делений дробления;
3) движениями бластомеров на различных фазах клеточных
циклов.
Закономерности, связанные с наличием и распределением
желтка. На первые две категории процессов (которые раньше счи-
тались вообще единственными, влияющими на пространственную
организацию) сильное влияние оказывает расположение желтка
в яйцеклетках. Очень простые правила зависимости между рас-
положением желтка и положением ядер и веретен были сформу-
лированы в конце XIX в. немецким эмбриологом О. Гертвигом
(Hertwig) на основе правил, предложенных ранее ботаником
Ю. Саксом (Sachs) для растительных меристем. Сакс отметил,
что в верхушечных меристемах растений ядра располагаются в
геометрических центрах клеток, а веретена ориентируются по их
наиболее длинным поперечникам. Гертвиг модифицировал эти
правила для яиц, содержащих желток, следующим образом:
1) клеточное ядро стремится расположиться в центре чистой, сво-
бодной от желтка цитоплазмы; 2) веретено клеточного деления
стремится расположиться по направлению наибольшего протяже-
ния свободной от желтка цитоплазмы.
Рассмотрим, как интерпретируется дробление разных типов
яиц согласно этим правилам.
Мы уже говорили, что по количеству желтка различаются
яйцеклетки поли-, мезо-, олиголецитальные и алецитальные. Дру-
гой признак, по которому их классифицируют, — расположение
желтка относительно полярной оси яйца. По этому признаку яйце-
клетки принято делить на тело-, гомо- (изо)- и центролециталь-
ные. Телолецитальные яйцеклетки обладают ясной поляр-
ностью в расположении желтка: его количество постепенно или
резко нарастает в анимально-вегетативном направлении. В гомо
60
(изо) лецитальных яйцеклетках желток распределен рав-
номерно. Наконец, к центролецитальному типу относятся
только яйца многих членистоногих. Это совершенно особый тип
яиц, обладающих, благодаря развитию в яйцевых трубочках,,
с самого начала эллипсоидной формой. Полярность в обычном
смысле слова у этих яиц не выражена, так как место выделения
редукционных телец может быть различным и не связано с осями
яйца. Вместо анимального и вегетативного полюсов у этих яиц
говорят о переднем и заднем полюсах. В центре яйца расположена
ядро, а по периферии — ободок свободной от желтка цитоплазмы.
Оба эти района — центр и периферия яйца — связаны тонкими
цитоплазматическими мостиками, а все промежуточное простран-
ство заполнено желтком.
Полилецитальные яйца могут быть по распределению желтка
центролецитальными (членистоногие )и телолецитальными (рыбы,,
кроме осетровых, рептилии, птицы). Все мезолецитальные яйца
являются в то же время телолецитальными (осетровые рыбы, ам-
фибии). Наконец, олиголецитальные яйца принято относить к иза
(гомо) лецитальным, хотя они иногда имеют более или менее
выраженные полярные различия в распределении желтка.
Согласно первому правилу Сакса—Гертвига только в изоле-
цитальных яйцах ядро будет располагаться в геометрическом
центре; в телолецитальных оно окажется более или менее сме-
щенным к анимальному полюсу. В центролецитальных яйцах чле-
нистоногих первое правило Сакса—Гертвига выполняется следую-
щим образом: после слияния пронуклеусов ядро зиготы делится
на много ядер, которые по цитоплазматическим мостикам выпол-
зают во внешний слой свободной от желтка цитоплазмы, образуя
там клеточный слой — бластодерму (рис. 20, А—Г).
В полилецитальных яйцах как центро-, так и телолециталь-
ного типа свободная от желтка цитоплазма расположена тонким
слоем; поэтому очевидно, что по второму правилу Сакса—Гертви-
га веретёна начальных делений дробления расположены парал-
лельно поверхности яйца, т. е. тангенциально. Так будет продол-
жаться, пока тангенциальные поперечники бластомеров не срав-
няются с радиальными поперечниками; обычно это имеет место
уже к концу дробления*. Огромный по сравнению с чистой цито-
плазмой объем желтка в полилецитальных яйцах бороздами не
расчленяется. Таким образом, в полилецитальных яйцах дробле-
ние охватывает лишь свободную от желтка цитоплазму. Такой
тип дробления называется частичным, или меробла-
стическим.
Внутри типа полилецитальных яйцеклеток та разновидность
дробления, которая присуща центролецитальным яйцам членисто-
ногих и сводится к разделению на бластомеры поверхностного
слоя цитоплазмы, называется поверхностным дроблением;
дробление же телолецитальных яиц рыб и птиц, когда делится
на бластомеры лишь тонкий диск цитоплазмы, расположенный
61
на анимальном полюсе, называется дискоидальным (рис. 21,
22).
Мезо- и олиголецитальные яйца дробятся целиком; имеющий-
ся у них желток включается в вегетативные бластомеры. Такой
тип дробления называется полным, или голо б ластиче с-
к и м. Наиболее общая закономерность голобластического дроб-
ления — взаимная перпендикулярность (ортогональность)
первых трех борозд, причем две. первые из них проходят по ме-
ридианам яйца. Исключения из этого правила существуют, нп они
Рис. 20. Последовательные стадии (А—Г) поверхностного дробления
жука: ядра дробления постепенно выходят на поверхность яйцеклетки,
образуя перибласт (по Коршельт, Гейдер)
редки. Для мезолецитальных яиц ортогональность непосредствен-
но выводится из правил Сакса—Гертвига. В них веретено первого
деления дробления располагается параллельно экватору яйца;
в данном случае говорят, однако, не о тангенциальном, а о ши-
ротном направлении, поскольку веретено находится не под самой
поверхностью яйца. Соответственно борозда первого деления рас-
полагается меридионально (рис. 23, А, Б). Веретёна обоих вторых
делений дробления по тому же правилу расположены в той же
широтной плоскости, но под прямым углом к первому; легко по-
нять, что именно эти направления теперь примерно соответствуют
наибольшему протяжению свободной от желтка цитоплазмы.
В результате яйцо разделяется двумя меридиональными бороз-
дами, расположенными под прямым углом (рис. 23,В). Первые
62
четыре бластомера мезолецитальных яиц равны между собой и
иногда обозначаются как квадранты яйца.
После этого направление наибольшей протяженности свобод-
ной цитоплазмы в каждом квадранте уже совпадает с меридиана
ми яйца, так как широтные
поперечники квадрантов
короче меридиональных.
Поэтому все четыре вере-
тена третьих делений дроб-
ления встают меридиональ-
но. Вместе с тем их центры
остаются смещенными к
анимальному полюсу, так
как вегетативная область
занята желтком. Поэтому
борозды третьих делений
дробления расположены по
широте яйца, смещенной в
анимальную сторону от
экватора. Образуются четы-
Рис. 22. Последовательные стадии
дискодиального дробления- (А—Г)
яйца курицы, вид на зародышевый
диск сверху (по Паттерсону)
Рис. 21. Последовательные стадии дис-
кодиального дробления (А—Д) яйца
костистой рыбы. Скопление бластоме-
ров (бл) лежит на нераздробленном
желтке (ж) (по Браше)
ре более мелких анимальных бластомера (микромеры) и четыре
более крупных вегетативных бластомера (макромеры), содержа-
щие весь желток (рис. 23,Г). Позже дробление утрачивает об-
щую правильность, но анимальные бластомеры все время оста-
ются мельче вегетативных (рис. 23, Д, Е).
63
Закономерности, связанные с формой и движениями бласто-
меров. В олиголецитальных яйцах ортогональность и другие зако-
номерности расположения веретен уже не удается объяснить ис-
ходя из расположения желтка, так как его слишком мало. В этой
связи высказывались различные гипотезы о факторах ориентации
веретен, но правильной оказалась самая простая: чтобы объяс-
нить ориентацию веретен в олиголецитальных яйцах, надо вер-
нуться к правилам Сакса для клеток растительных меристем.
В бластомерах олиголецитальных яиц веретена ориентируются по
наибольшему поперечнику либо всего бластомера в целом, либо
Рис. 23. Последовательные стадии дробления (А—Е) яйца лягушки, полу-
схематично (из Балийского, 1965)
той его части, где веретено расположено: нередко веретена ока-
зываются в стороне от геометрического центра бластомера и очень
часто — поблизости от возникшей при последнем предыдущем
делении данного бластомера перегородки (контактной зоны). По-
этому веретена располагаются, как правило, параллельно плос-
кости контактных зон предыдущих делений и, следовательно, пер-
пендикулярно веретенам этих делений. Этим и объясняется орто-
гональность веретен. Если же разобщить бластомеры и тем самым
уничтожить контактную зону раньше, чем установится веретено
следующего деления, то его ориентация будет случайной.
Однако пространственная организация дробления маложелт-
ковых яиц не ограничивается ортогональностью делений. Незави-
симо от наличия строгой ортогональности или отклонений от нее
64
известно несколько типов расположения бластомеров, из которых
мы отметим лишь главные.
Радиальный тип дробления присущ голобластическим
хордовым (ланцетник, круглоротые, осетровые, амфибии), игло-
кожим и некоторым другим группам. При этом типе дробления
бластомеры разных широтных ярусов располагаются, по крайней
мере на ранних стадиях, довольно точно один над другим, так что
полярная ось яйца служит осью поворотной симметрии. Радиаль-
ный тип дробления в его идеализированном варианте выводится
из правила ортогональности веретен последовательных делений
дробления. С радиальным неравномерным дроблением мы уже
познакомились на примере яйца лягушки (рис. 23). Равномерное
радиальное дробление протекает в яйцах иглокожих (рис. 24).
Рис. 24. Последовательные стадии радиального дробления (А—Е) в
яйцах голотурии. Е — целобластула, бл — бластоцель (по Коршельту)
Спиральный тип дробления, наблюдающийся в наиболее
ясном виде у моллюсков, кольчатых и ресничных червей (все эти
формы объединяются в группу Spiralia), характеризуется утерей
элементов симметрии уже на стадии четырех (а иногда и двух)
бластомеров. В основе этого типа дробления, так же как и в ос-
нове радиального дробления, лежит ортогональность последова-
тельных делений, а симметрия утрачивается из-за того, что в ана-
фазе каждого последующего дробления только что разделившиеся
бластомеры поворачиваются вокруг оси веретена' в противополож-
ные стороны. Направление этих поворотов детерминировано ге-
нетически: у некоторых видов или рас моллюсков ближайший
к наблюдателю бластомер каждой пары поворачивается против
часовой стрелки, у других видов или рас — по часовой стрелке
65
(рис. 25). Наиболее отчетливы эти повороты при втором (рис. 26,А,
Б) и третьем (рис. 26,В, Г) делениях дробления: после второго
деления они приводят к левому (рис. 26, Д) или правому (рис. 26,
Б) скручиванию бластомерных пар, а после третьего деления — к
аналогичному скручиванию
двух первых четверок (квар-
тетов) бластомеров
(рис. 26гВ, Е). При даль-
нейших делениях дробления
бластомеры механически
препятствуют поворотам
друг друга, но если бласто-
меры разобщить — повороты
снова выявляются. Комби-
нация ортогональности с по-
воротами бластомеров после
каждого деления и дает
полную картцну спирально-
го дробления (рис. 26, А—
Е).
Диссимметричные (ле-
вые или правые) анафазные
повороты обусловлены, по-
Рис. 25. Взаимные повороты сестринских
бластомеров при спиральном дроблении:
л — поворот против часовой стрелки, д —
поворот по часовой стрелке. А — сверху,
Б — вид сбоку (по Мещерякову)
видимому, тем же самым со-
кращением микрофиламен-
тарного кольца, которое вызывает самое цитотомию. Су-
ществует предположение, что субъединицы микрофиламентарного
кольца имеют наследственно обусловленный энантиоморфизм, т. е.
возникают (еще в оогенезе) либо в правой, либо в левой модифи-
кации. Вопрос Зтот лишь начинает исследоваться.
Кроме радиального и спирального известны и некоторые дру-
гие закономерно организованные типы голобластического дробле-
ния, хотя они встречаются реже. Например, у некоторых групп
беспозвоночных встречаются различные типы так называемого
билатерального дробления, характеризуемого наличием од-
ной плоскости симметрии. Для примера рассмотрим дробление
яйца круглого червя — аскариды (рис. 27). В противоположность
подавляющему большинству яиц веретено первого деления дроб-
ления у нее ориентировано меридионально, и первая борозда по-
этому проходит приблизительно экваториально (рис. 27,А). Затем
анимальный бластомер делится меридиональной бороздой, а веге-
тативный — широтной (рис. 27,Б). В результате получается Т-об-
разная фигура из четырех бластомеров, не обладающая поворот-
ной симметрией, но имеющая плоскость симметрии отражения
(в плоскости рисунка). Затем путем поворота вегетативной пары
бластомеров Т-образная фигура преобразуется в ромбическую
(рис. 27,В, Г). Этот поворот происходит не во время цитотомии,
как при спиральном дроблении, а в промежутке между деления-
66
ми, в интерфазе. Интерфазные движения бластомеров — явление
другого порядка, чем описанные перед этим диссимметричные ана-
фазные повороты. Интерфазные' движения разнообразны. У дру-
гих круглых червей они выражаются в следующем: две первые
пары бластомеров, поначалу ориентированные крест-накрест, за-
тем поворачиваются так, что тоже оказываются в одной плос-
кости, образуя ромб. Нередко наблюдаются интерфазные движе-
Рис. 26. Спиральное дробление в декстральных яйцах брюхоногого
моллюска Lymnaea stagnalis (А—Г) и синистральных яйцах брюхо-
ногого моллюска Physa acuta (Д, Е). Везде, кроме Г,— вид с ани-
мального полюса:
А — начало дексиотропного скручивания борозды первого деления
дробления (I) на стадии анафазы вторых делений дробления (II)
(сравните с рис. 24, Б); Б — стадия 4 бластомеров; В — стадия 8
бластомеров. Черточки, пересекающие границы верхнего (анимально-
го) квартета бластомеров на В, Г, Е, указывают направления их от-
деления от вегетативных бластомеров; Г — та же стадия, вид сбоку;
Д — стадия 4 бластомеров у Ph. acuta (расположение борозд почти
точно зеркально аналогичному расположению на рис. 26, Б); Е — ста-
дия 8 бластомеров у Ph. acuta (она зеркальна рис. 26, В) (по Ме-
щерякову)
ния типа наползания бластомеров друг на друга. Они бывают как
в самом раннем развитии, на стадии двух бластомеров, так и в
более позднем развитии, когда они связаны с дифференцировкой
бластомеров.
Наконец, у некоторых низших беспозвоночных (кишечнопо-
лостные, паразитические плоские черви) наблюдается анархи-
ческое дробление, “когда бластомеры слабо связаны между
собой и располагаются вначале неправильными цепочками (они
67
могут порой даже распадаться под ударами волн морского при-
боя, но из отдельных участков образуются, тем не менее, полно-
ценные зародыши) — рис. 28. Позже бластомеры объединяются
друг с другом теснее и образуют в конце концов плотное скопле-
ние — морулу. В этом типе дробления интерфазные движения
бластомеров также играют большую роль.
Резюмируя все сказанное в данном разделе, можно сделать
вывод, что пространственная организация дробления в основном
Рис. 27. Дробление яйца аскариды:
А — стадия двух бластомеров с веретенами следующих делений; Б —
стадия четырех бластомеров до поворота вегетативной пары; В — нача-
ло поворота вегетативной пары бластомеров; Г — ромбическая фигура
из четырех бластомеров после завершения поворота. Бластомеры Pi и
Р2 — последовательные поколения предков половых клеток (по Бовери)
68
определяется следующим: 1) расположением ядер и ориентаций
веретен согласно правилам Сакса—Гертвига; 2) в случае спи-
рального дробления—диссимметричными анафазными поворотами
бластомеров; 3) в ряде других случаев — разнообразными интер-
фазными движениями бластомеров.
Дифференцировка бластомеров в ходе дробления
Дробление у многих беспозвоночных (гребневиков, круглых
и кольчатых червей, моллюсков) издавна называлось детерми-
нативным. Этим хотели выразить, что уже с ранних стадий
дробления различные бластомеры закономерно отличаются друг
от друга по величине, расположению, форме и иногда другим
Рис. 29. Сегрегация экто- и эндо-
плазмы в ходе дробления (А—3)
гребневиков. Эктоплазма зачерчена
(по Иберту)
Рис. 28. Анархическое дробление
медузы Oceania (по Давыдову)
внутренним свойствам. Как будет подробнее рассмотрено в 6-й
главе, у этих форм разные бластомеры при изоляции дают начало
строго определенным зачаткам, т. е. их судьба рано детермини-
руется. Столь ранняя детерминация обусловлена, по-видимому,
69
как ооплазматической сегрегацией в течение дробления, так и
взаимодействиями между бластомерами.
Ооплазматическая сегрегация в ходе дробления. У форм с де-
терминативным дроблением именно в ходе делений дробления
разыгрываются решающие процессы ооплазматической сегрегации.
Так, в яйцах гребневиков до начала дробления наблюдается кон-
центрическое расположение двух типов ооплазмы (рис. 29,А).
Снаружи расположен ободок ооплазмы, кажущийся при наблю-
дении на темном фоне зеленым (эктоплазма). Внутренняя ооплаз-
ма бесцветна. При образовании каждой последующей борозды
деления зеленая эктоплазма туда затекает, но потом снова рас-
пространяется по периферии яйцеклетки. Это продолжается в те-
чение первых трех делений, в результате которых возникает 8
одинаковых крупных бластомеров (рис. 29,А—Д). Потом деления
становятся резко неравномерными: крупные бластомеры отпочко-
вывают от себя мелкие клетки (микромеры) (рис. 29,Е—3). Они
целиком состоят из зеленой эктоплазмы, но часть ее еще осталась
и в макромерах. Последовательные поколения микромеров про-
должают отделяться, пока запасы эктоплазмы не исчерпаются
и крупные бластомеры не окажутся полностью бесцветными. На
этом ооплазматическая сегрегация у гребневика заканчивается.
Микро- и макромеры резко отличаются по своей будущей судьбе
и не способны в экспериментальных условиях ее изменить.
Среди форм со спиральным дроблением ооплазматическая
сегрегация особенно наглядна у некоторых кольчатых червей (Ти-
bifex) и моллюсков (Dentalium, Ilyanassa), в яйцах которых еще
до начала дробления на вегетативном полюсе имеется ооплазма
особого вида, так называемая полярная плазма. У моллюс-
ков она периодически, в ходе каждого деления дробления, выпя-,
чивается в виде лопасти, отчего и получила название полярной
лопасти (рис. 30,Б). Борозда первого деления дробления и не-
скольких последующих делений в нормальном развитии никогда
не рассекает полярную плазму, а огибает ее сбоку (рис. 30,В).
При этом заранее неизвестно, с какой стороны борозда обогнет
полярную плазму. Как бы то ни было, вся полярная плазма
после третьего деления дробления попадает в один бластомер,
расположенный в вегетативном полушарии зародыша на его буду-
щей спинной стороне. Этот бластомер принято обозначать симво-
лом 1D. Затем полярная плазма распределяется между его потом-
ками, попадая по преимуществу в более анимальный бластомер 2d,
и в более вегетативный бластомер 4d. Их потомки образуют боль-
шую часть органов личинки. Потомки 2d остаются на поверхности
тела, и из них развивается большая часть эктодермы, а из потом-
ков 4d развивается, кроме прочего, целомическая мезодер-
ма (см. следующую главу). Если удалить полярную лопасть на
стадиях первого или второго деления дробления, то возникают
личийки, лишенные мезодермы и некоторых эктодермальных за-
кладок.
70
Таким образом, вещества полярных плазм закономерно рас-
пределяются по бластомерам в ходе дробления и оказывают не-
сомненное влияние на дифференцировку бластомеров. Однако
природа этих влияний до конца неизвестна. Постепенно накапли-
вается все больше данных, показывающих, что влияния эти далеко
не прямые, а передаются через длинный ряд последовательных
звеньев: например, полярные плазмы влияют на скорость деления
тех бластомеров, в которых они содержатся. У моллюсков Ilyanas-
sa и Lymnaea бластомеры с полярными плазмами дробятся за-
метно быстрее других бластомеров, у моллюсков Patel-
la и Trochus — медленнее, а после удаления полярных плазм
различия в темпе делений разных бластомеров исчезают, так же
как и различия в их судьбе. Между тем длительность клеточного
цикла может оказать влияние на дифференцировку.
Рис. 30. Попадание вегетативной полярной плазмы в один из первых двух
бластомеров моллюска Mytilus edulis в результате неравномерного первого
деления дробления:
А — выделение полярных телец, Б — формирование полярной лопасти, В —
первое деление, полярная лопасть попадает в правый бластомер (по
Иберту)
Ооплазматическая сегрегация в ходе дробления тесно взаимо-
связана с другим кругом явлений, которому приписывается в со-
временных исследованиях большое значение для дифференциров-
ки бластомеров. Речь идет о событиях, относящихся к контакт-
ным взаимодействиям бластомеров.
Значение контактных взаимодействий между бластомерами
для их дифференцировки. Во втором делении дробления очень
многих видов яиц борозды, возникающие в сестринских бластоме-
рах, не упираются своими медиальными концами точно одна в
другую (просто в силу малой вероятности такого совпадения).
В . результате из четырех возникших бластомеров два граничат
на данном (анимальном или вегетативном) полюсе лишь с дву-
м я другими бластомерами, а два других бластомера имеют каж-
дый по три соседа. Например, как на анимальном, так и на
71
вегетативном полюсе два бластомера имеют по два соседа, а дру-
гие два — по три соседа (рис. 26,В).
В яйцах неспирального типа подобные различия хотя и встре-
чаются, но не имеют значения для определения судьбы бластоме-
ров. Иное положение у спирально дробящихся форм. Так, у мол-
люсков с равномерным дроблением между бластомерами вегета-
тивного полюса происходит нечто вроде «борьбы» за «право»
уйти с поверхности и вступить в контакт с анимальными бласто-
мерами. Шансами на победу в этой борьбе обладают лишь потом-
ки бластомеров, имеющих по три соседа. Среди них же победи-
тель заранее, по-видимому, не предопределен. Подчеркнем в связи
с этим, что до начала делений дробления невозможно предуга-
дать, из какого участка яйца возникнут бластомеры, имеющие по
три соседа. Это целиком зависит от ориентации веретен делений
дробления. Если принудительно повернуть (сдавливанием яйца)
веретено первого деления в необычное положение, то бластомеры
с тремя соседями возникнут из других участков ооплазмы, нежели
в норме, но будут в конце концов иметь ту же судьбу, что и
нормальные бластомеры с тем же числом соседей. Эти опыты
подчеркивают решающее значение топологии дробления для даль-
нейших судеб бластомеров.
Приведем еще несколько примеров особенно важного мор-
фогенетического значения установления межбластомерных кон-
тактов. Выяснено, что в ходе развития некоторых моллюсков
бластомер, обозначаемый индексом 3D, увеличивается в размерах
Рис. 31. Значение количества соседей у бластомеров для их дифференцировки:
А, Б — выделение эктодермальных бластомеров (энт) как обладающих наи-
большим количеством соседей у нематоды Pontonema vulgare (А) и у гастро-
трихи Turbanetla cornuta (Б); В —стадия 24 бластомеров у брюхоногого мол-
люска Lymnaea stagnates. Бластомер 3D, образующий впоследствии целомиче-
скую мезодерму, обладает наибольшим количеством соседей (А, Б — по Мала-
хову, Черданцеву; В — по Мещерякову)
72
и устанавливает контакты со всеми другими бластомерами
(рис. 31,В)- Впоследствии этот бластомер дает начало мезодерме
и значительной части энтодермы. Кроме того, он передает ани-
мальным бластомерам какие-то необходимые для их развития
факторы. Но этот бластомер может быть заменен в своей роли
и каким-либо другим; если последний установит те же контакты,
то он будет обладать той же морфогенетической судьбой. В дроб-
лении круглых червей уже после 3-го деления тоже выделяется
бластомер, окруженный со всех сторон другими бластомерами:
впоследствии он даст энтодерму (рис. 31, А, Б). Подобного рода
движения, связанные с возрастанием контактов одного или не-
скольких «избранных» бластомеров с соседними, можно рассмат-
ривать как предвосхищение гаструляционных движений, о которых
мы будем говорить позже.
Бластуляция
У большинства яиц еще на ранних стадиях дробления внут-
ренние стенки бластомеров начинают расходиться и между ними
возникает сначала небольшая, а затем все увеличивающаяся
полость дробления (бластоцель). Максимальных раз-
меров бластоцель достигает на заключительном этапе дробле-
ния, который характеризуется нарастающей десинхронизацией
делений дробления, удлинением клеточного цикла (в нем прояв-
ляется отсутствующая ранее G-фаза) и важными генетико-био-
химическими перестройками (о чем речь пойдет позже, на с. 74).
Бластомеры к этому времени перестают быть округлыми и уве-
личивают поверхности взаимного контакта. В связи с этим стен-
ка зародыша эпителизуется — приобретает вид эпителиаль-
ного пласта. Эпителизация — одна из важнейших предпосылок
более тесных взаимодействий между клетками и их скоордини-
рованных движений в ходе дальнейшего развития.
Зародыш, прошедший все названные превращения, называет-
ся бластулой, а процессы, подготавливающие формирование
бластулы, — бластуляцией.
Типы бластул
Строение бластулы зависит от типа дробления данного яйца,
а тип дробления в значительной мере определяется, как мы виде-
ли, количеством и расположением желтка. Яйца с малым коли-
чеством желтка развиваются в бластулу с тонкими однослойны-
ми стенками и обширным бластоцелем — целобластулу.
Наиболее типичными считаются почти сферические целобластулы
иглокожих (рис. 24, Е). У кишечнополостных с анархическим
дроблением целобластулы имеют вытянутую или неправильную
форму (рис. 32, А, Б). У некоторых кишечнополостных
бластоцель вообще не возникает, и дробление заканчивается на
73
стадии плотного комка клеток — морулы (рис. 32, Bi). Бла-
стула со стенкой равномерной толщины и очень маленьким цент-
рально расположенным бластоцелем (некоторые кишечнополост-
ные, моллюски и черви) называется стерробластулой.
Чем больше в яйце желтка, тем неравномернее протекает
дробление, тем крупнее вегетативные бластомеры и тем толще
вегетативное дно бластулы. В мезолецитальных яйцах амфибий
дно бластулы занимает все вегетативное полушарие, а бласто-
цель смещен в анимальную половину. Он покрыт сверху значи-
тельно более тонкой крышей бластулы. Бластула такого строе-
ния называется амфибластулой (рис. 35, А, с. 82). Амфибла-
стула встречается и у некоторых других форм, например у
малощетинковых червей. В этом случае бластоцель еще меньше,
чем у амфибий, крыша тоньше, а вегетативное дно толще
(рис. 32, Е).
В полилецитальных яйцах рыб и птиц дробление, как гово-
рилось, дискоидальное. В результате образуется состоящий из
нескольких клеточных слоев диск, лежащий на нераздробленной
массе желтка. Диск несколько выгибается над желтком, и между
ними возникает полость, которую также называют бластоцелем,
а иногда — подзародышевой полостью. Это дискобластула
(рис. 21, Ж).
Заключительная стадия дробления в цетролецитальных
яйцах членистоногих называется перибластулой (рис. 20, Г).
Активация генома зародыша
В предыдущей главе говорилось о том, что подъем синтеза
белка сразу после оплодотворения обусловлен использованием
матриц (м*олекул мРНК), заготовленных еще в оогенезе, на ма-
теринском геноме. Геном самого зародыша в это время еще не-
активен, т. е. в ядре зиготы не происходит транскрипции (синте-
за молекул РНК). У зародышей рыб и амфибий заметный синтез
РНК начинается лишь по достижении стадии бластулы, у мор-
ского ежа — примерно со стадии 32 бластомеров, у брюхоногого
моллюска прудовика — со стадии 8 бластомеров, и лишь в яйцах
млекопитающих — уже со стадии двух бластомеров (что соот-
ветствует ранней десинхронизации их делений дробления). Та-
ким образом, у большинства видов имеется более или менее
значительный отрезок раннего развития, когда собственный ге-
ном зародыша неактивен. Еще до появления современных моле-
кулярно-биологических методов об этом догадывались на осно-
вании того, что при скрещивании различных рас действие
отцовских генов не проявлялось на самых ранних стадиях раз-
вития. Так, если яйца моллюсков, где бластомеры скручиваются,
положим в левую сторону, оплодотворить спермой «правой» ра-
сы, то в первом поколении все яйца будут «левыми» (по мате-
ринскому типу), хотя в гетерозиготе «левый» ген рецессивен.
Это происходит из-за того, что эмбриональный геном активирует-
74
ся позже, чем это требовалось бы для влияния на ход дробле-
ния. Точно также, если сперматозоид вносит с собой летальный
геном, зародыш гибнет, как правило, лишь по окончании дроб-
ления. В период дробления зародыш большинства видов — точ-
ная генетическая копия матери. Только начиная со стадии бла-
стулы он, по выражению американского биолога Давидсона (Da-
vidson), «берет свою судьбу в собственные руки».
ЛИТЕРАТУРА
Мещеряков В. Н., Белоусов Л. В. Пространственная организация
дробления.— В сб.: Итоги науки и техники, сер. «Морфология человека и жи-
вотных. Антропология», 1978, т. 8.
Давидсон Э. Действие генов в раннем развитии. М., «Мир», 1972.
Нейфах А. А., Тимофеева М. Я. Молекулярная биология процессов
развития. М., «Наука», 1977.
Глава 5
ГАСТРУЛЯЦИЯ
И ФОРМИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАКЛАДОК
Гаструляция. — Закладка мезодермы. — Гастру-
ляция у амфибий. — Карты презумптивных за-
чатков зародышей амфибий. — Нейруляционные
движения у зародышей амфибий. — Клеточные
процессы, лежащие в основе формообразователь-
ных движений раннего развития. — Координация
клеточных процессов во времени и в пространстве
Гаструляция
Посл$ того как зародыш достиг стадии бластулы, в нем на-
чинаются интенсивные передвижения отдельных клеток и обшир-
ных участков стенки бластулы, приводящие в конце концов к
тому, что более или менее однородный перед этим зародыш рас-
членяется на два или три слоя, которые называются зароды-
шевыми листками. Самый внутренний зародышевый ли-
сток называется энтодермой, внешний — эктодермой.
На эти листки расчленяются зародыши всех многоклеточных жи-
вотных; лишь у губок дальнейшая судьба листков настолько
необычна, что некоторые авторы избегают говорить примени-
тельно к ним об экто- и энтодерме. У всех животных, кроме гу-
бок и кишечнополостных, формируется еще и третий, средний
зародышевый листок — мезодерма, располагающийся между
двумя первыми. Процесс расчленения зародыша на зародышевые
листки называется гаструляцией, а сам зародыш на стадии
расчленения — гаструлой.
Способы «гаструляции довольно разнообразны. Они отчасти
связаны со строением бластулы, но эта связь далеко не одно-
значна. Особенно разнообразны типы гаструляции у низших бес-
позвоночных — кишечнополостных. У них распространен имми-
грационный тип гаструляции, который был открыт в 1886 г.
И. И. Мечниковым у некоторых гидромедуз и может считаться
эволюционно наиболее древним. Этот процесс сводится к вселе-
нию в полость бластоцеля отдельных клеток, выклинивающихся
из стенки бластулы. Иногда процессы иммиграции идут без осо-
бого порядка по всей поверхности бластулы. Тогда говорят о
мультиполярной иммиграции (рис. 32, А). Большей
же частью выселение идет с одного определенного полюса —
униполярная иммиграция (рис. 32, Б1—Б3). Известна
76
Рис. 32. Типы гаструляции:
А—мультиполярная иммиграция; Б1—Б3 — последовательные стадии унипо-
лярной иммиграции; Вь В2 — деламинация у гидроидного полипа Clava multi-
cornis- Ti — гаструляция у сцифомедузы Aurelia flavidula, Г2— у A. margina-
lise Дь Д2—последовательные стадии гаструляции у морского ежа; Е — эпибо-
лия у малощетинкового червя Rhynchelmis. арх — стенка архентерона, бп —
бластопор, бц — бластоцель, гц — гастроцель, г. сл.— гиалиновый слой, покры-
вающий поверхность бластул иглокожих, мез — эмбриональная мезенхима, ме-
зод — целомическая мезодерма, экт — эктодерма, энт — энтодерма (Вь В2 по
Остроумовой, остальное по Иванову)
также биполярна я иммиграция, когда выселение идет с двух
противоположных полюсов.
У тех кишечнополостных, где дробление заканчивается
сплошной морулой без полости, наблюдается другой тип гастру-
ляции, который получил название деламинация (расслоение).
Он ограничивается эпителизацией клеток наружного слоя. Вдоль
их выровненных внутренних поверхностей формируется мембра-
77
на, отделяющая этот внешний клеточный слой (эктодерму) от
внутренней массы клеток, которая вся становится энтодермой
(рис. 32, Bi, В2). При деламинации, таким образом, клеточные
перемещения почти отсутствуют.
_ Наконец, некоторым высшим кишечнополостным (сцифоид-
ные медузы, коралловые полипы) присущ иной тип гаструляции,
широко распространенный у более высших форм: впячива-
ние или инвагинация. В этих случаях внутрь бластоцеля
входят не отдельные клетки, а целостный участок клеточного
пласта, не утративший эпителиальной структуры. Впрочем, этот
способ гаструляции легко заменяется другим, более примитив-
ным. Так, сцифомедузе Aurelia flavidula свойственна более или
менее выраженная инвагинация (рис. 32, Г1), Aurelia margina-
Us — мультиполярная иммиграция (рис. 32, Г2), Aurelia aurita —
нечто вроде униполярной иммиграции с "последующей эпитализа-
цией. Для ряда видов гидроидных полипов тоже характерны раз-
личные сочетания иммиграционных и деламинационных процес-
сов или же у них последовательно протекают оба процесса. Во
всяком случае гаструляционные процессы у кишечнополостных
крайне вариабельны.
В других группах животных деламинация и иммиграция то-
же представляют собой компоненты гаструляционного процесса.
Например, у иглокожих путем иммиграции с вегетативного полю-
са закладывается так называемая первичная мезенхима, из ко-
торой потом формируются некоторые временные органы личинки
(скелет, органы выделения). В целом же процесс гаструляции
приобретает более организованный характер и осуществляется
обычно путем инвагинации вегетативной стенки бластулы
(рис. 32, Дь Д2). Полость вворачивания называется гастроце-
лем, а ведущее в нее отверстие — бластопором (первичным
ртом). Края бластопора называются его губами.
Так как при инвагинации механическая целостность стенки
бластулы не нарушается, очевидно, что вворачивание дна бла-
стулы должно сопровождаться более или менее значительным
смещением клеточного материала боковых стенок в вегетативном
направлении (вегетопетально). Действительно такие движения
всегда происходят, и скорость их, как правило, не меньше ско-
рости вворачивания. Вегетопетальные движения того слоя, кото-
рый в данный момент еще находится на поверхности гаструлы,
называют эпиболией (обрастанием). Существует нема-
ло случаев чисто эпиболической гаструляции, когда инвагинация
невозможна из-за малых размеров бластоцеля или инертности
крупных, богатых желтком вегетативных макромеров. Так обсто-
ит дело, например, у ряда малощетинковых червей: макромеры
здесь просто накрываются наползающими на них микромерами
(рис. 32, Е).
Материал, оставшийся на поверхности зародыша после за-
вершения гаструляции, есть наружный зародышевый листок, или
78
эктодерма. Что касается погрузившегося любым способом
внутрь материала, то лишь у кишечнополостных он представляет
собой чистую энтодерму — внутренний зародышевый листок,
формирующий впоследствии стенку пищеварительного тракта с
его производными. У всех вышестоящих систематических групп
погрузившийся внутрь в ходе гаструляции материал содержит,
кроме энтодермы, еще и материал будущего среднего зародыше-
вого листка — мезодермы, который потом отделяется от энто-
дермы.
Закладка мезодермы
Принято различать два принципиально отличных типа за-
кладки мезодермы. Первый — телобластический — встре-
чается в наиболее чистом виде у спирально дробящихся форм.
Мы уже упоминали (с. 70) о бластомерах 2d и 4d, получивших
в ходе делений дробления всю полярную плазму. Две крупные
клетки потомства бластомера 4d, симметрично расположенные в
полости бластоцеля в области губ бластопора, дают начало всей
так называемой целомической мезодерме личинки. Эти бласто-
меры называются мезобластами, или мезотелобласт а-
м и. Более мелкие мезодермальные клетки отпочковываются от
этих крупных бластомеров путем серии последовательных деле-
ний. В результате возникает пара так называемых мезодермаль-
ных полосок. Позже они подразделяются на парные отдельно-
сти — сомиты, внутри которых путем расхождения клеток
образуются участки вторичной полости тела, или целома. Спо-
соб образования полостей путем расхождения клеток называется
шизоцел ьным, или кавитационным. Таким образом, при
телобластическом способе закладки целомическая мезодерма об-
разуется из двух бластомеров со строго определенной генеалоги-
ей (рис. 33, А). Мезодерма при этом никак не связана с энто-
дермой, образующейся из других бластомеров.
Закладка мезодермы из отдельных предназначенных к тому
бластомеров имеет место также у большинства круглых червей,
некоторых ракообразных и в ряде других групп первичноротых
животных. В разных систематических группах генеалогия порож-
дающих мезодерму бластомеров весьма различна.
Принципиально другой — энтероцельный — способ за-
кладки мезодермы наблюдается в наиболее ясной форме у игло-
кожих, ланцетника, кишечнодышащих, плеченогих. Здесь мате-
риал будущей мезодермы вворачивается вместе с энтодермой в
составе единого гастрального впячивания (рис. 33, Б), и в про-
цессе инвагинации граница между обеими закладками, как пра-
вило, неразличима. Только прослеживая судьбу закладок в рет-
роспективном порядке, т. е. идя от поздних стадий развития
назад, к ранним, можно выяснить, какую часть гастрального
впячивания выстилает материал будущей мезодермы. Такое впя-
79
чивание, включающее в себя материал и энтодермы и мезодермы
(а у хордовых еще и хорды), называется первичным ки-
шечником, или архентероном. Соответственно гастро-
цель в этих случаях называется полостью первичной кишки, или
полостью архентерона. Мезодерма выделяется из архентерона
путем выпячивания его стенок и отшнуровки возникших выпячи-
ваний, реже — путем деламинации стенок архентерона
(рис. 33, В) или иммиграции клеток из них (рис. 33, Г). После
отделения мезодермы в составе стенки архентерона остается уже
чисто энтодермальный материал, и архентерон превращается в
полость вторичной (дефинитивной) кишки.
Рис. 33. Способы закладки мезодермы:
А — телобластический, Б — энтероцельный, В—деламинационный, Г —
пролиферационный. Густым пунктиром обозначены зачатки целомической
мезодермы (по Малахову)
Так же как и полость сомитов первичноротых, полость от-
шнуровавшихся мезодермальных пузырьков (часть бывшей по-
лости архентерона) называется целомом. Дальнейшую дифферен-
цировку мезодермы мы рассмотрим ниже.
Мы уже говорили, что и телобластический, и энтероцельный
способы в чистом виде встречаются у сравнительно немногих
форм. Но эти формы относятся к двум разным ветвям животно-
го мира — к первично- и вторичноротым животным. Как извест-
но из курса зоологии, первичноротыми называют животных, у
которых отверстие бластопора непосредственно превращается в
ротовое отверстие, а вторичноротыми — у которых ротовое от-
верстие закладывается вторично, на стороне тела, противопо-
ложной бластопору (бластопор же нередко превращается в
анальное отверстие).
«Сердцевину» ствола первичноротых образует группа Spira-
lia с телобластической закладкой мезодермы. Огромный тип
членистоногих, у которых телобластичность почти утрачена, есте-
ственно выводится из типичных Spiralia — кольчатых червей.
С другой стороны, у основания ствола вторичноротых следует
поставить иглокожих с ярко выраженной энтероцельностью.
Хордовые, у большинства которых энтероцельность затушевана,
несомненно, относятся к тому же стволу.
Подробное описание закладки зародышевых листков у пред-
ставителей различных групп — задача курсов сравнительной
80
эмбриологии. Позже (глава 7) мы коснемся лишь особенностей
гаструляции у высших позвоночных. Теперь же мы разберем
подробнее гаструляционные процессы у амфибий.
Гаструляция у амфибий
Гаструляции амфибий — сложный комплексный процесс, со-
стоящий из множества разнородных клеточных движений. Ос-
новными его компонентами принято считать эпиболию и инваги-
нацию. В первом приближении это можно принять, но не следует
забывать, что, прежде всего, сами названные процессы имеют
составной характер, и, кроме того, они дополняются процессами
иммиграции и деламинации. Как мы знаем, вегетативная стенка
бластулы амфибий сложена из крупных, богатых желтком мак-
ромеров. Поэтому на вегетативном полюсе не может возникнуть
такое обширное впячивание, как у иглокожих и ланцетника. Од-
нако, по-видимому, некоторые из богатых желтком наружных
макромеров все же погружаются внутрь зародыша. Эти движе-
ния иммиграционного типа получили название предгаструляци-
онных. Они приводят к сокращению светлой вегетативной зоны
на поверхности зародыша и к соответственному увеличению тем-
ной (пигментированной) анимальной зоны. Последний процесс
можно рассматривать как первую, пассивную фазу эпиболии.
Рис. 34. Последовательные стадии (А—Д) гаструляции у амфибий, внешний
вид:
б. г. — боковые губы, в. г.— вентральная губа, д. г.— дорсальная губа бластопо-
ра, ж. пр.— желточная пробка (по Балинскому)
81
Собственно гаструляция начинается в области уже извест-
ного нам серого серпа (гл. 3). Там возникает сначала выровнен-
ная линия клеточных стенок, проходящая чуть вегетативнее гра-
ниц анимального (пигментированного)
го) полушарий, а затем по этой линии
Рис. 35. Последовательные стадии (А—Г)
гаструляции амфибий на сагиттальных раз-
резах:
А, А' — бластула, Б, Б' — ранняя гаструла,
В, В' — средняя гаструла, Г, Г' — поздняя
гаструла. А'—Г' —те же зародыши, что и на
А—Г, повернутые на 90°. блц — бластоцель,
блп — бластопор, гц — гастроцель, д. г.— дор-
сальная губа бластопора, в. г.— вентральная
губа бластопора, ж. пр.— желточная пробка
(по Балинскому)
и вегетативного (светло-
возникает узкая, идущая
вглубь щель — зачаток
бластопора (рис. 34, А,
35, Б, 41, Г). Ще-
левидное впячивание
углубляется, вовлекает
в себя все новые клет-
ки поверхности зароды-
ша и принимает вид
серповидной бороздки
(рис. 34, Б). Анималь-
ный верхний край этой
бороздки называется
спинной или дор-
сальной губой
бластопора (рис.
34, 35, д. г), так как
здесь расположен зад-
ний край спинной
стороны зародыша. По-
лость щелевидной бо-
роздки несколько рас-
ширяется и превраща-
ется в зачаток пер-
вичной кишки, или ар-
хентерона (рис. 35, В).
Дальнейший ход га-
струляции связан,
прежде всего, с подво-
рачиванием клеточного
материала через дор-
сальную губу бласто-
пора: клетки анималь-
ных районов смеща-
ются в вегетативном
направлении (вегето-
петально) вплоть до
губы бластопора и,
подвернувшись через
нее, образуют дорсаль-
ную выстилку углубля-
ющегося архентерона
(рис. 35, В, Г). Таким
образом, из вышеска-
82
занного видно, что клеточный состав дорсальной губы бластопора
непрерывно обновляется.
Вегетопетальные движения клеток наружной поверхности га-
струлы в направлении дорсальной губы бластопора представля-
ют собой продолжение движений эпиболии. В результате этих
движений бластопор смещается в вегетативном направлении, и
площадь поверхности, занимаемая анимальными клетками, все
время увеличивается. Движения эпиболии складываются из сле-
дующих основных типов клеточного поведения: 1) активное дви-
жение в сторону дорсальной губы клеток, расположенных побли-
зости от нее; 2) размножение клеток крыши бластоцеля в более
анимальных районах; 3) вдвижение клеток внутренних слоев
крыши бластоцеля между клетками ее наружного слоя, что -при-
водит к увеличению площади крыши. Нетрудно видеть, что про-
цессы (2) и (3) осуществляют «поставку» клеточного материа-
ла, требующегося для вегетопетальных эпиболических движений.
Процесс эпиболии постепенно распространяется с дорсальной
стороны зародыша на боковые и вентральную его стороны. Это
легко заметить по увеличению площади, занимаемой темными
анимальными клетками, и уменьшению светлой площади, зани-
маемой вегетативными клетками.
Тем временем бластопор продолжает расти в стороны, охва-
тывая светлую вегетативную зону сначала полукольцом, а потом
и полным кольцом (рис. 34, В, Г), которое по ходу гаструляции
постепенно сужается до узкого отверстия. Заключенный внутри
кольцевидного бластопора светлый вегетативный материал назы-
вается желточной пробкой (рис. 34, Г, 35, Г, ж. пр.).
В кольцевидном бластопоре кроме известной уже нам дорсаль-
ной губы различают вентральную губу (участок, противо-
положный дорсальной губе) и боковые губы (в. г., б. г.^
рис. 34, В, Г, 35, Г). Через эти губы тоже идет подворачивание
материала, но оно несравненно слабее, чем подворачивание че-
рез дорсальную губу.
Ввернувшийся внутрь клеточный материал стенки архентеро-
на продвигается сплошным слоем по внутренней поверхности
стенки бластоцеля, постепенно оттесняя бластоцель в вентраль-
ном направлении и в конце концов вытесняя его почти полно-
стью (рис. 35, Г). Это движение называют инвагинацией; но так
же, как и движение эпиболии, оно слагается из ряда компонен-
тов, и его принято делить на две последовательные фазы. Первая
фаза инвагинации связана с образованием узкой щели архенте-
рона в чрезвычайно плотном клеточном скоплении. Об этой фазе
мы уже говорили. Здесь существенное место занимают процес-
сы иммиграции клеток. Вторая фаза инвагинации представляет
собой довольно быстрое расползание предварительно сконцент-
рированного материала по внутренней выстилке бластоцеля. Пе-
ред этим происходит сглаживание внутренней поверхности бла-
стоцеля. Такая сглаженная поверхность представляет собой удоб-
83
ный субстрат для движения по ней инвагинирующих клеток. Бо-
лее подробно поведение клеток при гаструляции будет рассмот-
рено ниже.
Карты презумптивных зачатков зародышей амфибий
Какое положение займут различные районы бластулы после
завершения гаструляции и какова их окончательная судьба? Это
можно установить, нанося на поверхность бластулы метки крас-
ками или другими веществами и прослеживая движение меток
в ходе гаструляции. Результаты исследования выражают, отме-
чая на схеме бластулы или ранней гаструлы судьбу каждой ме-
ченой точки. Эти схемы названы картами презумптивных (буду-
щих или, в более точном переводе о латинского, предполагаемых)
зачатков. Первым составил такие карты для зародышей амфи-
бий немецкий эмбриолог В. Фохт (Vogt) в 20-х годах нашего
столетия. Он пропитывал кусочки агар-агара красящими вещест-
вами, которые поглощались живыми тканями и были для них
безвредными (так называемые витальные краски — нильский
голубой, нейтральный красный и другие), и прижимал эти кусоч-
ки к разным местам поверхности бластулы. Краска диффунди-
ровала в зародыш, и определенный его участок прокрашивался.
Прослеживая перемещения окрашенного участка, можно было
точно судить о том, куда он попадает в ходе гаструляции и в ка-
кой зачаток превратится. Позднее - методы прижизненного мече-
ния были усовершенствованы, и в составленные Фохтом карты
внесены некоторые уточнения и исправления, касающиеся глав-
ным образом локализации презумптивной мезодермы. Мы изло-
жим сначала классические данные Фохта, а затем упомянем о
новейших поправках.
По Фохту, перед началом гаструляции все закладки зароды-
ша расположены на поверхности, точнее — выходят на поверх-
ность. Как видно из рис. 36, сразу анимальнее щелевидной бо-
роздки бластопора располагается зачаток так называемой пре-
хордальной пластинки (прехорды), из которой по завер-
шении гаструляции развивается главным образом выстилка ро-
товой полости (рис. 36, А, Б, 9). Анимальнее прехордальной
пластинки располагается зачатбк будущей хорды (рис. 36, А, Б,
1). Дорсо-анимальную часть зародыша занимает прёзумптивная
эктодерма нервной системы (нейроэктодерма; рис. 36, А, 8), а
вентро-анимальную часть — эктодерма покровов тела (рис. 36, А,
Б, 2). Две последние закладки и по завершении гаструляции ос-
таются на поверхности тела зародыша. Вегетативнее их распо-
лагается последовательно материал осевой мезодермы (идущей
на образование туловищных и хвостовых сомитов) (рис. 36, А,
Б, 5, 6), боковой пластинки (несегментированная часть мезодер-
мы) (рис. 36, А, Б, 4) и, наконец, энтодермы (рис. 36, А, Б, 3).
Прехордальная пластинка, хорда, мезодерма (осевая и несегмен-
84
тированная) и энтодерма в ходе гаструляции погружаются внутрь
зародыша. При этом первые две закладки подворачиваются че-
рез дорсальную губу, мезодерма — через боковые и вентральную
губы, а энтодерма накрывается сходящимися губами бластопо-
ра. По изложенным данным, материал хорды и мезодермы дол-
жен после своего вворачивания непосредственно выстилать по-
лость архентерона, образуя ее дорсальную стенку. В таком слу-
чае строение стенки архентерона
у зародышей амфибий было бы
подобным (гомологичным) стро-
ению этой же стенки у зароды-
шей ланцетника или (за выче-
том хорды) у зародышей игло-
кожих.
Но последующие работы со-
ветского эмбриолога Т. А. Дет-
лаф, шведа Левтрупа (Lovtrup)
и американца Келлера (Keller)
внесли коррективы в выводы Фох-
та. Оказалось, что у бесхвостых
амфибий материал хорды, осевой
мезодермы и боковой пластин^
ки никогда (даже до начала гас-
труляции) не выходит на поверх-
ность зародыша, а локализован
с самого начала в его внутрен-
них слоях (густо запунктирован-
ные области на рис. 37). Здесь
он испытывает движения подво-
рачивания через губы бластопо-
ра, вполне аналогичные описан-
ным ранее, но не приходит при
этом, естественно, в контакт с
гастральной полостью (архенте-
роном). Поэтому в противопо-
ложность архентерону ланцетни-
ка и иглокожих, архентерон бес-
хвостых амфибий с самого нача-
Рис. 36. Карты презумптивных за-
чатков на бластуле амфибий. А —
вид сбоку, Б — вид с вегетативного
полюса:
1 —- хорда, 2 — эктодерма покровов
тела, 3 — энтодерма, 4 — боковая
пластинка, 5 — осевая мезодерма
(туловищные сомиты), 6 — мезодер-
ма хвостовых сомитов, 7 — материал
нервных валиков, 8 — нейроэктодер-
ма, 9 — прехордальная пластинка
(по Пастельсу)
ла выстлан со всех сторон энто-
дермой. Впрочем, тонкую дор-
сальную выстилку архентерона,
отделяющую его от хорды, обыч-
но называют не энтодермой, а ги-
похордальной пластинкой.
Вместе с тем было подтверж-
дено, что материал мезодермы
и хорды бесхвостых амфибий рас-
положен примерно в тех же об-
85
ластях, что и на картах Фохта, хотя, как уже говорилось, во
внутренних слоях стенки бластулы. Поэтому классические карты
Фохта можно считать в основном правильными, если не считать
того, что верхний слой клеток хордального зачатка дает начало-
гипохордальной пластинке.
Рис. 37. Карта презумптивных зачатков на
сагиттальном срезе через раннюю гастру-
лу шпорцевой лягушки:
блц — бластоцель, бп — бластопор, д. г.—
дорсальная губа, в. г.— вентральная губа
бластопора, кк — колбовидные клетки;
редким пунктиром показана эктодерма; гу-
стым пунктиром — мезодерма и хорда;
светлая область — энтодерма (по Келле-
ру, несколько упрощенно)
Прежде чем перейти к даль-
нейшим вопросам, скажем не-
сколько слов о том, как не надо
понимать карты презумптивных
зачатков. Не следует думать, что
зародыш на стадии бластулы диф-
ференцирован с указанной на
картах степенью подробности
(она может быть, как видно из
методов составления карт, сколь
угодно высокой). Более того, из
карт не следует и того, что судь-
ба различных участков однознач-
но детерминирована и не
может быть переопределена. Кар-
ты лишь указывают, какой будет
судьба различных участков в
нормальном, не подвергну-
том экспериментальным воздейст-
виям развитии. Именно поэтому
эмбриологи и используют осто-
рожное слово «презумптивные*
(предполагаемые) зачатки.
Главное, что утвержда-
ют карты презумптивных
зачатков, — это наличие в
нормальном развитии стро-
гой закономерности гастру-
ляционных движений отно-
сительно (координат яйца.
А поскольку гаструляция и есть та основная трансформация, ко-
торая преобразует яйцо в интегрированный организм, мы можем,
зная координаты некоторого участка относительно осей яйца,
предсказать его координаты во взрослом организме. Поэтому
рассмотрим, как связаны у амфибий координаты яйца с приня-
тыми в анатомии обозначениями полюсов и сторон взрослого ор-
ганизма.
Уже неоднократно говорилось, что основными элементами
симметрии оплодотворенного яйца является анимально-вегета-
тивная ось и плоскость сагиттальной симметрии (проходящая
через середину серого серпа). У взрослого организма принято
различать передне-заднюю (орально-аборальную) ось, сагитталь-
ную плоскость, дорсальную, вентральную и боковые стороны.
У амфибий, как и у всех вторичноротых, аборальный конец со-
ответствует бластоодру (превращающемуся в анальное отвер-
стие), а оральный конец лежит, напротив, на переднем крае
86
тастроцеля; позже здесь прорывается ротовое отверстие. С ани-
мальной стороны от орально-аборальной оси расположена буду-
щая дорсальная, с вегетативной — будущая вентральная сторо-
на взрослого организма. Сагиттальная плоскость взрослого орга-
низма совпадает с сагиттальной плоскостью яйца.
Рис. 38. Постгаструляционные движения эмбрио-
нального материала у шпорцевой лягушки. За-
родыш на стадии нейрулы показан с правой
стороны, дорсальная поверхность сверху. Пунк-
тирные линии показывают направление мигра-
ции мезодермальных - клеток, сплошные линии —
эктодермальных клеток, двусторонние стрелки —
сдвиги эктодермы относительно мезодермы. За-
чернена ротовая присоска, бп — бластопор (по
Келлеру)
Нейруляционные движения у зародышей амфибий
Движения гаструляции у зародышей позвоночных без суще-
ственного перерыва переходят в движения, связанные с н е й р у-
ляцией — закладкой центральной нервной системы. Нейруля-
ция — характернейший для всех позвоночных формообразова-
тельный процесс, определяющий главные структурные особенно-
сти представителей этого типа. Зародыш позвоночных в период
нейруляции называется ней рул ой. Мы рассмотрим процесс ней-
руляции на примере амфибий.
Обычно нейруляцию определяют как процесс скручивания
нейральной эктодермы, расположенной на спинной стороне заро-
дыша, в нервную трубку. В действительности это лишь часть тех
формообразовательных движений, которые происходят в зароды-
ше по окончании гаструляции. В целом эти движения состоят в
конвергентном (сходящемся) смещении материала эктодермы и
мезодермы к средней линии спинной стороны зародыша (вентро-
87
дорсальные движения); происходит также растяжение дорсаль*
ной эктодермы зародыша в передне-заднем направлении (рис. 38,
39,40).
Собственно нейруляционные движения в презумптивной ней-
ральной эктодерме представляют собой часть этих движений и
развиваются на их основе. Сначала нейральная эктодерма упло-
щается и превращается в нервную пластинку, которая в
головной части зародыша шире, чем в туловищной (рис. 39, А).
Края пластинки приподнимаются и образуют нервные вали-
ки, окаймляющие пластинку сплошной подковой. Затем поверх-
Рис. 39. Последовательные стадии (А—В) нейруляции у амфибий. Левый
столбец (А—В) — сагиттальные разрезы, средний столбец (А'—В') — вид
целых зародышей с дорсальной стороны, правый столбец (А"—В")—по-
перечные разрезы последовательных стадий:
бл — остаток бластоцеля; бп — бластопор; мез — мезодерма; н. в.— нерв-
ные валики; н. пл. — нервная пластинка; н. тр.— нервная трубка; п. к.—
полость кишечника; пр. х.— презумптивная хорда; х — хорда; экт — экто-
дерма; энт — энтодерма (по Балинскому)
88
ность нервной пластинки начинает довольно быстро сокращаться
в поперечном направлении преимущественно за счет погружения
ее наружных клеток в ее же внутренние слои. Одновременно она
начинает складываться по средней линии. Возникающее по сред-
ней линии углубление нервной пластинки называется нервным
желобком (рис. 39, Б). Еще чуть позже края нервной пластин-
ки смыкаются и образуется нервная
трубка, полость внутри которой назы-
вают невроцелем. Передняя расширен-
ная часть нервной трубки превращается
в головной мозг, а ее невроцель — в по-
лость мозгового пузыря. Более узкая туло-
вищная часть трубки превращается в спин-
ной мозг, а его полость — в спинно-моз-
говой канал (рис. 39, В).
На самых ранних стадиях нейруляции
точно по средней линии зародыша из об-
щей массы хордомезодермы обособляется
хорда. По бокам от нее расположен ма-
Рис. 40. Деформация нервной пластинки в ходе
нейруляции. Прямоугольная сетка, мысленно нало-
женная на крышу зародыша на стадии завершенной
гаструляции (А), деформируется уже на начальных
стадиях нейруляции, как показано на (Б) (по
Якобсону)
териал будущих сомитов, а еще вентральное — мезодерма бо-
ковой пластинки. Последняя позже расчленяется параллель-
но поверхности тела на два листка — париетальный, при-
лежащий к эктодерме, и висцеральный, прилежащий к
энтодерме. Узкая щель .между .ними представляет собой уже зна-
комую нам вторичную полость тела — целом.
Морфогенез мезодермы сомитов тесно связан с происходя-
щим в течение нейруляции удлинением дорсальной стороны за-
родыша в передне-заднем направлении (рис. 40). Это удлинение
обусловлено растяжением как хорды, так и скручивающейся
нервной пластинки погружающимся внутрь них клеточным ма-
териалом. Клетки мезодермы сомитов, вытянутые ранее «в попе-
речной плоскости тела, под влиянием растяжения скрепленной
с ними хорды и нервной пластинки разворачиваются на 90° и
ориентируются вдоль длинной оси тела. Сразу же вслед за этим
поворотом мезодермальная масса испытывает метамериза-
цию: она рассекается на парные отдельности — уже знакомые
нам сомиты — бороздами, перпендикулярными клеточным
осям. Таким образом, после поворота мезодермальных клеток
вдоль хорды межсомитные борозды располагаются в поперечных
плоскостях.
89
Нейруляция в передней (расширенной) части нервной пла-
стинки тоже оказывает существенное влияние на морфогенез
прилежащего к ней, в данном случае головного, района. Под.
влиянием нейруляционных движений происходит обособление го-
ловной области от туловищной, формируются ротовые структуры.
Энтодерма передней части кишки проявляет особую активность^
участвуя (наряду с эктодермой) в образовании жаберных щелей,
а также формируя печеночный вырост.
Клеточные процессы, лежащие в основе
формообразовательных движений раннего развития
Как ни разнообразны типы гаструляции, все же можно вы-
делить общие для них категории клеточных процессов, представ-
ленные в разных случаях с разной степенью полноты. Эти же
процессы участвуют в нейруляционных движениях. Дадим их пе-
речень и краткое описание.
Рис. 41. Изменение формы клеток при образовании впячивания:
А — схема изгиба клеточного пласта в результате сокращения одной из кле-
точных поверхностей (нижняя поверхность клеток 1, 2, 3), Б — схема уси-
ления изгиба пласта в результате продольных сокращений его клеток. Тон-
кие стрелки — направления сокращений клеток; жирные стрелки — внешние
механические силы, препятствующие раздвижению клеточного пласта в сто-
роны, В — схема роста впячивания в результате сокращения предваритель-
но наползающих друг на друга клеток; Г — колбовидные клетки (к. к.) вер-
шины впячивающегося бластопора ранней гаструлы
1. Вытяжение и поляризация клеток. Клетки, которым пред-
стоят активные формообразовательные движения, перед этим по-
ляризуются в направлении предстоящих движений. Поляризация
клеточных тел, по-видимому, всегда связана со сборкой пучков
микротрубочек по оси удлиняющейся клетки. При делами-
90
нации у зародышей кишечнополостных примерно этим дело и
•ограничивается: поляризованные клетки внешнего слоя отделя-
ются от внутренней неполяризованной клеточной массы. В более
сложных типах гаструляции и при нейруляции поляризация —
лишь первый этап клеточных перестроек.
2. Сокращение (клеточных тел. Непосредственным двигателем
деформаций клеточных пластов является активное сокращение
предварительно поляризованных клеток. О направлении этих со-
кращений и их механизмах существуют разные точки зрения.
Некоторые авторы придают основное значение сокращениям
внешней поверхности впячивающихся клеток. Исходно прямо-
угольные (в сечении) клетки становятся приблизительно треуголь-
ными, и это автоматически приводит к изгибу пласта (рис. 41, А).
Поперечники клеток при этом, однако, должны уменьшиться, что
не всегда наблюдается на деле. Другие авторы указывают на на-
л ичие п р о д о л ь <н ы х сокращений клеточных тел. Поскольку
объем клетки при ее изометрическом сокращении не изменяется,
клетка будет увеличивать свой поперечник, создавая в пласту бо-
ковое давление. Если клеточный пласт закреплен с боков и не
может раздвинуться в стороны (что, как правило, и бывает), то
внутреннее давление в пласту приведет к его прогибу (рис. 41, Б).
Интересно, что направление прогиба в этом случае определяется
не самим сокращением (как в первом случае), а исходной кри-
визной пласта: пласт прогибается в ту сторону, в которую он был
хотя бы 'слабо прогнут первоначально. Таким образом, последую-
щая форма пласта определяется его начальной формой. К обсуж-
дению этих вопросов мы еще вернемся в гл. 11.
Сами по себе клеточные сокращения, каково бы ни было их
преобладающее направление, осуществляются, по-видимому, бла-
годаря работе внутриклеточных сократительных волоконец —
микрофиламентов. Эти структуры сейчас усиленно исследуются,
но в их функционировании еще много неясного.
3. Движения участков клеточной поверхности и целых кле-
ток.
Перед началом углубления гастрального и нейрального впя-
чиваний клетки их стенок начинают наползать друг на друга в
направлении вершины будущего впячивания (рис. 41, В). При
этом соседние клетки остаются скрепленными друг с другом, от-
чего клеточный пласт сохраняет свою целостность. В дальней-
шем, при углублении названных впячиваний, соседние клетки
смещаются друг относительно друга. И процессы наползания
скрепленных друг, с другом клеток, и их взаимные смещения
связаны с непрерывным встраиванием новых участков мембраны
на их переднем конце. В то же время на заднем конце движу-
щейся клетки мембрана, напротив, распадается на отдельные
субъединицы. Внутри цитоплазмы движущейся клетки сущест-
вует, таким образом, непрерывный поток частичек мембраны, на-
правленный к ее переднему концу. Считается, что какое-то уча-
91
стие в организации потока принимают микрофиламенты. Эти
важнейшие для формообразования внутриклеточные процессы
лишь начинают изучаться.
Координация клеточных процессов во времени
и в пространстве
Организованный характер формообразовательных движений раннего раз-
вития был бы немыслим без координации всех перечисленных процессов во
времени и в пространстве. Координация во времени означает, что названные
процессы разыгрываются в каждой данной клетке в определенной последова-
тельности. Например, вслед за поляризацией клетки наступает обычно ее со-
кращение. Строгая последовательность этих процессов необходима для посту-
пательного роста впячивания.
Во многом аналогично ведут себя так называемые колбовидные
клетки, без которых не обходится ни один активный инвагинационный про-
цесс у зародышей позвоночных (рис. 37, 41, к. к.). Колбо©идная клетка образует-
ся из обычной клетки эмбрионального эпителия путем роста клеточного тела и
его дифференцировки на узкую шейку и широкую, раздутую основную часть.
В таком виде колбовидная клетка существует не более нескольких часов, а
иногда всего несколько минут. Затем она сокращается (что и приводит к об-
разованию свода впячивания) и мигрирует внутрь.
Пространственная координация рассматриваемых процессов выражается
прежде всего в том, что они разыгрываются не в отдельных клетках, а в
сомкнутых клеточных группах. Так, колбовидные клетки образуются не пооди-
ночке, а пучками, окаймленными с боков наползающими на них клетками, ко-
торые тоже расположены целыми сериями. Даже при наиболее примитивных
типах гаструляции (деламинация у кишечнополостных) поляризованные клет-
ки располагаются сомкнутыми группами.
Это указывает на кооперативный характер данных клеточных пре-
образований, т. е. на то, что, положим, поляризация одной клетки побуждает
соседнюю клетку к такому же превращению. Процессам подобного рода мож-
но дать общее название контактная поляризация. Это, по-видимому,
один из важнейших, но и малоизученных типов клеточных взаимодействий.
О нем мы будем еще говорить в главах 8 и 11.
В таких сложных, комплексных формах гаструляции, как у амфибий,
должно согласовываться между собой не только поведение соседних клеток,
но и разнородные процессы в далеких друг от друга частях зародыша, напри-
мер, инвагинация и эпиболия. Связи между ними не носят жесткого характе-
ра: при изоляции соответствующих частей один процесс может протекать без
другого. Х)днако при совместном протекании они все же как-то «подстраива-
ются» друг под друга. Подобного рода «мягкие» взаимодействия между раз-
личными процессами (их синергизм, по выражению Г. Шпемана) часто встре-
чаются в развитии. Их механизмы также по большей части неясны.
ЛИТЕРАТУРА
Тринкаус Дж. От клеток к органам. М., «Мир», 1972.
Игнатьева Г. М. Ранний эмбриогенез рыб и амфибий. М., «Наука»,
1979.
Глава 6
РЕГУЛЯЦИИ
И ПЕРВИЧНАЯ ЭМБРИОНАЛЬНАЯ ИНДУКЦИЯ
Каузальная матрица и схема регуляций. — Об-
зор регуляций раннего развития. — Выводы из
явлений регуляций. Закон Дриша. — Регуляции
в нормальном развитии. — Первичная эмбрио-
нальная индукция у амфибий. — Первичная ин-
дукция в других классах хордовых. Понятие ком-
петенции эмбриональной ткани. — Возникновение
индукционных свойств в ходе развития. — Регио-
нальность индуктора и индуцируемой нервной си-
стемы. — Работы по внутренним механизмам ин-
дукции. — Индукция и организация
Каузальная матрица и схема регуляций
В этой главе речь пойдет о некоторых основных итогах экс-
периментального исследования раннего развития. Как мы уже
знаем из гл. 1, Вильгельм Ру в 80-х годах XIX в. выдвинул ис-
следовательскую программу механики развития, призывающую
к разложению процесса развития на отдельные причинно-следст-
венные звенья и к локализации этих звеньев либо в зародыше,,
либо во внешней среде. Схема этого подхода может быть выра-
жена матрицей, показанной на рис. 42, А. Наряду с причинно-
следственными связями, непосредственно берущими свое начало
в организации яйца (стрелки от Ai, Bi, Ci, Di), допускались
(преимущественно на начальных стадиях развития) воздействия
из внешней среды (стрелка от Е), а также всевозможные одно-
или двусторонние влияния различных частей зародыша друг на
друга в ходе развития (В2—>-А2; С3ч^Вз). Задача исследователя
должна была состоять в расшифровке всех связей этой кау-
зальной матрицы. Каузальная матрица мыслилась настоль-
ко конкретно, что она вполне могла быть наложена на яйцо, за-
родыш или взрослый организм; в этом случае каждая причина
считалась локализованной в определенной части яйца или заро-
дыша. (Для наглядности мы заключили начальные звенья Ai—Dj
в нечто вроде яйца, а конечные звенья А4—D4 в нечто вроде
взрослого червя или кишечнополюстното.)
Такая программа воодушевляла своей четкостью и прямо-
линейностью и казалось, что она единственная или лучшая из
93
всех возможных. Действительно, при ее осуществлении достиг-
нут ряд крупных успехов. Главными из них были открытия так
называемых индукционных связей между различными закладка-
ми. Эти связи как раз соответствуют стрелкам В2—>А2, Вз^Сз
на рис. 42, А.
Л Однако еще до этих от-
Рис. 42. Схема каузальной матрицы
механики развития (А), регуляционно-
го процесса после удаления (Б), добав-
ления (В) и перемешивания (Г) мате-
риала зародыша
крытий (с главным из
них — открытием Г. Шпе-
маном первичной эмбрио-
нальной индукции — мы
познакомимся во /второй ча-
сти этой главы) обнаружи-
лись серьезные противоре-
чия данного, казалось бы,
беопроипрышного однюзнач-
но-детер м инистского подхо-
да. Действительно, такой
подход подразумевает, что
можно установить единст-
венные и обязательно при-
чинно-следственные связи
между всеми звеньями: из
А должно следовать В, из
Ai и В2 — А2 и так далее.
Между тем еще в 1891 г.
Г. Дриш открыл категорию
явлений (как оказалось,
очень широкую), которая
принципиально не уклады-
вается в указанную схему).
Эти явления — эмбрио-
нальные регуляци и—
состоят и том, что после
удаления, добавления или
перемешивания эмбриональ-
ного материала возникают
тем не /менее целые зароды-
ши нормальной структуры.
Принципиальная схема этих
опытов представлена на
рис. 42. Б, В, Г. Очевидно,
что, каковы бы ни были
промежуточные звенья ре-
гуляций (как правило, мы
их не знаем), однознач-
ность исходной каузальной
матрицы (рис. 42, А) где-то
обязательно нарушится: на
94
рис. 42, Б структуры В4 И' С4 возникают заведомо н е из отсут-
ствующих Bi и Сг, на рис. 42, В, напротив, излишние структуры
Bi и Ci не -вызывают удвоения В4 и С4; наконец, .на рис. 42, Г из
Ci разовьется каким-то образом В4 вместо С4, а из Д1 — С4 вме-
сто Д4.
Г. Дриш сделал из этих опытов следующий глубокий и пра-
вильный вывод: развитие не может быть разложено без остатка
на однозначные причинно-следственные звенья; оно, в некотором
смысле, есть целостный процесс. Но прежде чем мы ближе по-
знакомимся с данным выводом, рассмотрим некоторые примеры
регуляционных явлений.
Обзор регуляций раннего развития
Начиная с Дриша, поставлено огромное количество опытов
по выявлению регуляций на самых разных видах организмов и
стадиях развития. В этих опытах в то же время выявлялись п о-
тенции (т. е. скрытые возможности развития) различных уча-
стков яйца или зародыша. Если данные части проявляли равные
между собой потенции, были взаимозаменяемыми, их называли
эквипотенциальными; если некоторая часть могла обра-
зовывать целый зародыш — она называлась тотипотент-
ной.
Множество опытов этого рода было поставлено на яйцах до
начала дробления: от яйцеклеток отрывали часть содержи-
мого путем сильного центрифугирования, отсасывали часть
ооплазмы пипеткой или же, наоборот, сливали две или несколь-
ко яйцеклеток в одну. За очень редкими исключениями (яйца
насекомых, где не восстанавливались потенции уничтоженной
или отторгнутой половой цитоплазмы, см. гл. 2) отрыв или отсасы-
вание даже значительного фрагмента размером в 1/4—1/3 яйцеклет-
ки не препятствовал дальнейшему нормальному развитию целого
(хотя и уменьшенного в размерах) организма. Такие результаты
были получены на яйцеклетках многощетинковых червей, моллю-
сков, асцидий, кишечнополостных, иглокожих. Из них следует,
что синтезированные в оогенезе вещества ооплазмы и структуры
кортикального слоя в значительной мере эквипотенциальны.
Поставлено также огромное количество опытов по разделе-
нию, сращиванию и полной «перетасовке» бластомеров дро-
бящихся яиц. Эмбриологи прошлых поколений на основании
известных им, еще не полных результатов делили яйца всех жи-
вотных на две группы: регуляционные и мозаичные. Считалось,
что первые способны к регуляции, а вторые состоят как бы из
«мозаики» жестко детерминированных участков цитоплазмы или
бластомеров, не способных изменять ход своего развития и тем
самым осуществлять регуляцию. Последующие исследования по-
казали, что качественной разницы такого рода нет, но временные
различия в регуляционных способностях между яйцами различ-
ных видов действительно имеются.
95
К «наиболее регуляционным» относятся яйца многих гидро-
медуз, например Aegineta. У этого вида нормальная медуза раз-
вивается из 1/32 яйца: каждый из 32 бластомеров тотипотентен.
К регуляционным относят также яйца морских ежей, где тотипо-
тентным является каждый из первых двух, четырех или даже
восьми бластомеров, а также меридиональные секторы зароды-
шей вплоть до стадий бластулы. С другой стороны, из яиц с рез-
ким преобладанием либо анимального, либо вегетативного ма-
териала пропорциональные зародыши не получаются: из ани-
мальных фрагментов образуются покрытые ресничками бластулы,
не развивающиеся далее, а из вегетативных участков — напро-
тив, зародыши с преобладанием эктодермального материала и
недоразвитыми эктодермальными частями. Эти данные указыва-
ют на какую-то неоднородность дробящегося яйца по анималь-
но-вегетативной оси. Однако они не повлияют на общие выводы
из анализа регуляций, к которым мы позже придем.
Нормальные личинки морского ежа удается получить также
из разделенных, а затем перемешанных в беспорядке бластоме-
ров, которые, судя по этому опыту, эквипотенциальны. При этом
ход регуляционного процесса далеко отклоняется от нормально-
го развития. Например, кишечнйк образуется не инвагинацией, а
шизоцельным путем из плотной клеточной 'массы. Иногда личи-
ночный скелет возникает раньше, чем покровы личинки, и послед-
ние строятся затем вокруг него. Это удивительное свойство раз-
вития приходить совершенно разными путями к одному и тому же
конечному результату (финалу) называется эквифинально-
стью. Последнюю можно считать одним из важнейших атрибу-
тов регуляционных процессов.
Рассмотрим регуляционные способности яиц амфибий
(рис. 43). Борозда первого деления дробления у них либо рас-
секает серый серп, либо лежит в стороне от него. Если отделить
друг от друга два первых бластомера путем перешнуровки тон-
кой волосяной петлей, то в первом случае из обоих разовьются
совершенно нормальные зародыши (рис. 43, Б, Д). Во втором
случае (рис. 43, А) целый организм (рис. 43, Г) образуется толь-
ко из бластомера, содержащего серый серп, а из другого полу-
чится лишь так называемый «брюшной комок»: неоформленный
материал энтодермы, одетый также недифференцированной эк-
тодермой (рис. 43, В). Таким образом, для нормального разви-
тия из части яйца необходимо и достаточно наличие хотя бы
половины серого серпа. Позже мы увидим, что именно этот факт,
открытый Г. Шпеманом, подвел его к обнаружению индукцион-
ных явлений.
За последнее время разработаны методы культивирования в
искусственных средах яйцеклеток млекопитающих, и в связи с
этим открылись возможности испытания их регуляционных спо-
собностей. Они оказались очень высокими. Например, нормаль-
ный зародыш мыши может быть выращен из отдельных бласто-
96
меров, а также из двух или нескольких объединенных зародышей.
Возникший гигантский зародыш обладал нормальным строени-
ем, в нем не наблюдалось удвоения структур. Это опять-таки
указывает на эквипотенциальность бластомеров.
Все описанные выше яйца и зародыши, несмотря на опреде-
ленные ограничения в регуляционных способностях, принято от-
носить к категории регуляционных. Напротив, яйца асци-
дий, гребневиков, круглых червей и Spiralia называли раньше
мозаичными. Считалось, что они подобны мозаике независи-
мых друг от друга бластомеров, каждый из которых в изоляции
порождает то же, что и в нормальном развитии. Очень четко это
видно у гребневиков, обладающих „в норме восьмью рядами греб-
Рис. 43. Опыты Шпемана по перешнуровке яиц тритона:
А — перешнуровка по фронтальной; Б — по сагиттальной плоскости.
После фронтальной перешнуровки только из части, содержащей се-
рый серп, развивается полноценный зародыш (Г), а из другой ча
сти — недифференцированный комок тканей (В). После сагиттальной
перешнуровки обе половинки дают полноценных зародышей (Д) (по
Шпеману)
ных пластинок, расположенных по меридианам через равные
углы. При развитии из 1/2 яйца получается только 4 ряда греб-
ных пластинок, при развитии из 1/4 — всего 2 ряда и т. д.
Такие формы действительно можно назвать мозаичными. Что же
касается Spiralia, то представления об их мозаичности сильно по-
колеблены данными последнего времени. Рассмотрим отдельно
формы с выраженными полярными лопастями (полярными плаз-
мами) и без них.
У форм с полярными плазмами потенции обладающих ими
бластомеров резко повышены по сравнению с лишенными поляр-
ной плазмы бластомерами. Потомство последних не может обра-
97
зовать мезодерму и ее производные. Бластомеры же, обладающие
полярными плазмами, по крайней мере до стадии 4 бластомеров
включительно, способны образовать полноценный целый заро-
дыш. Если материал полярной плазмы равномерно распределить
между двумя первыми бластомерами, то из каждого получится
целый зародыш, в результате чего возникают срощенные двой-
ники. Значит, во всех остальных отношениях, кроме наличия или
отсутствия полярной лопасти, бластомеры Spiralia равноценны.
В еще большей степени это относится к видам Spiralia, ли-
шенным полярных плазм или лопастей. Из любой 1/2 части их
яйца может быть получен целый зародыш. Как мы уже знаем из
гл. 4, детерминирующую роль у них играет не столько предшест-
вующая дроблению ооплазматическая сегрегация, сколько взаи-
модействие бластомеров в процессе дробления. Такие формы,
конечно, уже нельзя назвать мозаичными.
о Эпидермис
о Нервная ткань
+ Миотомы
• Хорда
х Боковая пластинка
Регуляционные способности
бластул — ранних гаструл
амфибий — испытывались в
опытах что пересадкам сравни-
тельно небольших участков за-
родышей из одного положения в
другое, их удалениям и эксплан-
тациям — выселениям вне заро-
дыша, в физиологический раст-
вор1. Эти типы опытов не равно-
значны друг другу. Тем не менее
все они подтверждают способно-
сти большинства участков заро-
дыша (кроме области, непосред-
ственно примыкающей к серому
серпу) изменять свою презумп-
тивную судьбу.
Систематические опыты по
экслл актациям производил не-
Рис. 44. Карта потенций бласту-
лы тритона, составленная на ос-
новании опытов по эксплантации
отдельных участков (по Гольт-
фретеру)
мецкий эмбриолог И. Гольтфре-
тер. Он выразил их результаты в
виде «карты потенций» ранней
гаструлы амфибий (рис. 44), ко-
торую полезно сравнить с кар-
тами цр-езумптивных зачатков
(рис. 36). Из данных Гольтфретера видно, что любой участок
презумптивной мезодермы и хорды может дать при эксплантации
практически любую структуру анимального полушария. Об-
ласть презумптивной (покровной) и нейральной эктодермы при
эксплантации не дает ничего, кроме участков эктодермы; причи-
ну этого мы рассмотрим позже. Однако, если участки презумп-
тивной эктодермы пересадить в область мезодермы или хорды,
они дифференцируются в точном соответствии
98
со своим иовы'М положением, т. е. встраиваются в ме-
стные хордальные, мезодермальные или эктодермальные струк-
туры. Аналогично ведет себя мезодерма; при ее пересадке в
область презумптивной эктодермы она преобразуется в послед-
нюю.
Участки экоплактированной презумптивной энтодермы также
иногда превращались в хорду и мышцы, т. е. в типичные мезо-
дермальные производные. Обмен участками в- пределах самой
презумптивной энтодермы приводил на названных стадиях к чет-
кому развитию «по положению»: участок презумптивной перед-
ней кишки, пересаженной на место задней, развивался в нее, и
наоборот.
Таким образом, потенции почти всех участков бластулы —
ранней гаструлы шире того, что они дают в норме. При этом пе-
ресаженные участки изменяют свою судьбу в соответствии со
своим новым положением.
Выводы из явлений регуляций. Закон Дриша
Какие же выводы следуют из опытов по регуляциям? Обыч-
но говорят, что опыты по регуляциям показывают, вплоть до ка-
кого момента развития судьба тех или иных частей еще не детер-
минирована, и тем самым помогают выявить, на каком этапе
развития разыгрываются основные детерминирующие взаимодей-
ствия. Это, конечно, правильно и важно. Например, из того фак-
та, что практически у всех форм отрыв части неоплодотворенного
яйца не препятствует нормальному развитию после оплодотворе-
ния, вытекает отсутствие необратимой детерминации последую-
щего развития в период оогенеза. Аналогичные опыты на оплодо-
творенных яйцах до начала дробления позволяют оценить детер-
минирующую роль ооплазматической сегрегации, которая, как мы
видели, лишь у немногих форм (асцидии) окончательно опреде-
ляет судьбу клеток. Разделение и перемешивание бластомеров
позволило отделить формы, где детерминация происходит в пе-
риод дробления, от форм с недетерминативным дроблением (иг-
локожие, позвоночные). Аналогичное выделение периодов детер-
минации можно производить и в более позднем развитии, о чем
еще будет идти речь в гл. 8. Словом, если на стадии А мы обна-
руживаем регуляцию, то это дает нам право сказать, что все про-
исходившее с рассматриваемым элементом зародыша до стадии
А не имело решающего, необратимого значения для его после-
дующей судьбы.
Такой вывод обычно оказывается очень важным. Но это еще
не все и даже не главное, что можно извлечь из эмбриональных
регуляций. Ведь для вышеприведенных выводов не требуется
восстановления нормальной структуры после нарушений це-
лостности организма; достаточно лишь, чтобы судьба его частей
любым образом отличалась от презумптивной, хотя бы это при-
вело к какому-либо уродливому или аморфному образованию.
99
Такие факты тоже наблюдаются, и в этих случаях, в отличие
от регуляций, говорят о трансд етерм ин ацми клеток (гл. 9).
Основное отличие эмбриональной регуляции от трансдетер-
минации заключается в следующем: судьба частей при регуляции
меняется не случайным образом, а в точном соответствии с их
положением в новом целом. Этот вывод сделал сам Г. Дриш,
открывший эмбриональные регуляции. Он~ сформулировал его
так: «Проспективное значение каждого элемента... (т. е. то, что
он будет делать в дальнейшем развитии) есть функция его по-
ложения в целом».
Разберем вышесказанное на примере регуляции целого за1-
родыша из половинки бластулы (полубластулы) морского ежа,
разрезанной по меридиану (рис. 45). Если нанести на бластулу
Рис. 45. Схема регуляционного процесса в меридионально разрезанной
целобластуле морского ежа. Объяснения в тексте
основные презумптивные зачатки (эктодерма оставлена бесцвет-
ной, энтодерма боковых стенок архентерона отмечена точками, а
материал целомической мезодермы — штриховкой,, рис. 45, Aj),
станет очевидным, что при регулятивном замыкании полубласту-
100
лы в маленькую сферическую бластулу (рис. 45, Б1—Бг) матери-
ал окажется расположенным примерно так, как на рис. 45, Бг.
Если бы материал и дальше развивался в точном соответствии'
со своим исходным презумптивным значением, из Бг возникло
бы нечто вроде Бз: асимметричное образование, где материал
анимального полюса (в норме' образующий хохолок ресничек)
был бы расположен по соседству с краем целомической мезодер-
мы. В действительности же образуется совершенно нормальный»
хотя и уменьшенный зародыш (Б4 сравните с нормальным заро-
дышем А2). Но для этого исходные презумптитаные судьбы клеток
должны измениться примерно так, как показано стрелками на
рис. 45, Б4: оставшаяся снаружи презумптивная энтодёрма «эк-
тодермализуется», ввернувшаяся внутрь презумптивная эктодер-
ма, напротив, «энтодермализуется» или «мезодермализуется», а
часть презумптивной мезодермы «энтодермализуется» (распро-
странение этих процессов показано стелками на рис. 45, Б4).
Какому закону подчинены все эти преобразования? Их тон-
кие внутриклеточные механизмы неизвестны до сих пор, и тем
более они не были известны во времена Дриша. Но Дриш сумел
очень просто сформулировать общую закономерность регуляци-
онного процесса исходя из его конечного результата. Он припи-
сал отдельным клеткам зародыша определенные координаты от-
носительно целого, например широты относительно анимально-
вегетаттавной оси. Тогда очевидно, что, каковы бы таи были
неизвестные нам внутриклеточные механизмы регуляции, все
клетки, расположенные анимальнее экватора (в частности, на
широте аа, рис. 45, Ai, Бг), должны в конце концов стать экто-
дермой, клетки, расположенные примерно между 0—50° вегета-
тивной широты, — стать мезодермой вне зависимости от их
прошлого. Это и означает, что судьба клеток определяется их по-
ложением в целом — именно в целом, а не относительно любой
отдельной наперед заданной клетки. Действительно, как мы ви-
дели, после замыкания разрезанной полубластулы взаимные по-
ложения всех клеток настолько сильно отличаются от нормаль-
ных (например, клетки анимального и вегетативного полюсов
расположены не напротив друг друга, а рядом), что отсчет по-
ложений от любой (или любых) из них не мог бы привести к
восстановлению нормальной структуры зародыша.
Но как может абстрактное «положение в целом» влиять на
конкретную морфогенетическую судьбу клеток? Во времена Дри-
ша это казалось совершенно непонятным и даже стоящим вне
рамок рациональной науки. Сам Дриш тоже склонялся к мысли
о непознаваемости «фактора целого», что сильно затормозило
дальнейшие исследования.
К настоящему времени положение в науке изменилось. Мы
уже привыкли представлять живую природу в виде системы из
многих взаимовлияющих уровней организации, где высшие уров-
ни как целое влияют на нижележащие (отношения «популяция —
101
организм», «организм — орган», «орган — клетка» и т. д.). За-
кон Дриша оказался одним из первых законов таких межуров-
невых связей. Механизмы, которые он в общем виде описы-
вает, вполне доступны дальнейшему анализу. Мы вернемся к
обсуждению этих проблем в 11-й главе, а сейчас обратимся к
фактам, демонстрирующим наличие эмбриональных регуляций и
в нормальном развитии.
Регуляции в нормальном развитии
Из вышеизложенного видно, что в условиях экспериментов
клетки зародыша способны изменять свою судьбу. А сколь точ-
но она детерминирована в нормальном развитии? Если бы мы
могли каким-либо образом проследить весь путь морфогенети-
ческих движений некоторой клетки зародыша, то был ли он всег-
да одним и тем же? Иными словами, у всех ли зародышей дан-
ного вида Bice эмбриональные клетки занимают в точности оди-
наковые места?
Многочисленные наблюдения, выполненные разными мето-
дами, неопровержимо показывают, что такая «поклеточная точ-
ность» встречается лишь в виде исключений. Ей обладают,
например, коловратки, круглые черви и некоторые другие живот-
ные. Они действительно состоят из строго определенного числа
клеток, каждая из которых расположена на определенном месте
и выполняет определенную функцию. Например, у коловратки
Epiphanes senta кожа состоит из 301 клетки, глотка — из 165,
половой аппарат — из 19, мускулатура — из 122, нервная систе-
ма — из 247, выделительная — из 24, а все тело животного —
из 959 определенным образом расположен-
ных клеток. Но такие случаи — лишь лю-
бопытные исключения. У подавляющего
большинства организмов клеточная точ-
ность утрачивается либо в ходе дробления,
либо на последующих стадиях. Так, мы
уже знакомы с анархическим дроблением
у кишечнополостных, когда положение
'каждого данного бластомера явно слу-
Рис. 46. Траектории движения мезенхимных клеток
в бластоцеле зародыша морского ежа, составлен-
ные по данным микрокиносъемки (по Густафсону
и Вольперту)
чайно. Можно оказать, что анархическое дробление — самой при-
родой поставленный опыт по перемешиванию бластомеров. Но и у
форм с детерминированным дроблением встречаются либо (неточ-
ности в расположении бластомеров, не вредящие дальнейшему раз-
витию, либо просто несколько разных, неравноправных способов их
взаимного расположения (круглые черви). Насколько различны-
ми путями может идти процесс гаструляции, мы уже знаем на
102
примере медуз рода Aurelia. Но даже если этот процесс,идет од-
нотипно, траектории отдельных клеток могут быть в известной
мере случайными. Например, с известной долей случайности дви-
жутся по полости бластоцеля мезенхимные клетки зародышей
морских ежей (рис. 46).
.Подобных примеров можно было бы привести очень много,
особенно если включить в рассмотрение процессы более поздне-
го развития. Из них следует, что не только в эксперименте, но
и в нормальном развитии клетки отнюдь не движутся по жестко
заданным наперед «формообразовательным траекториям»: их
поведение может быть различным и даже независимым друг от
друга. Тем не менее конечный результат развития будет одина-
ковым. Это объясняется следующим: не только в эксперименте,
но и в каком-то звене нормального развития судьба элементов в
конце концов регулируется согласно их положению в целом. Ве-
роятно, такой гибкий регулятивный характер развития имеет
существенные адаптивные преимущества: если какое-либо одно
звено будет подавлено или полностью выпадет, сохраняются шан-
сы на достижение «хорошего» конечного результата. С другой
стороны, изменчивость процессов развития может стать источни-
ком эволюционных преобразований. Мы еще обратимся к этим
вопросам в главах 11 и 12.
Первичная эмбриональная индукция у. амфибий
Вернемся к опытам по перешнуровке дробящихся яиц амфи-
бий. Мы помним, что целый зародыш возникал только из тех
бластомеров, которые включали в себя хотя бы часть материала
серого серпа. Из бластомеров, лишенных этого материала, не
развивалось ничего, кроме недифференцированной энтодермы и
покровного эпидермиса. Таким образом, осевые органы у них на-
цело отсутствовали. Между тем в нормальные потенции материа-
ла серого серпа входит лишь образование хорды, прехордальной
пластинки и части осевой мезодермы. Почему же нацело отсут-
ствовала, скажем, нервная система? Шпеман сделал смелое
предположение, что она хотя и не возникает из материала серо-
го серпа, но индуцируется им, т. е. возникает из эмбрио-
нальной эктодермы под его влиянием.
Чтобы проверить это предположение, надо было привести
развивающийся из материала серого серпа зачаток, т. е. хордо-
мезодерму, в контакт с таким материалом, из которого нервная
система в норме никогда не развивается, например с эктодермой
вентральной стороны тела. Поэтому следовало осуществить пе-
ресадку зачатка хордомезодермы в вентральную область зароды-
ша. Но надо было исключить возможность случайного занесения
вместе с хордомезодермой участка презумптивного материала
нервной системы. Между тем это нелегко сделать, потому что на
карте презумптивных зачатков (см. рис. 36) материал нервной
системы непосредственно прилежит к материалу хордомезодер-
103
мы, и никакой разграничительной линии между ними на живом
зародыше, конечно, нет.
Чтобы отвести возможные возражения, Шпеман применил
метод гетеропластики. Он взял участок хордомезодермы от
зародыша гребенчатого тритона, ткани которого были лишены
пигмента, и пересадил (трансплантировал) его под брюшную эк-
тодерму зародыша обыкновенного тритона с пигментированными
тканями. После окончания опыта по распределению пигменти-
рованных и непигментированных клеток на срезах ткани можно
было разобраться, какие зачатки произошли от трансплантиро-
ванных клеток, а какие возникли из тканей хозяина. Этот замеча-
тельный опыт, может быть, самый знаменитый в истории эмбрио-
логии, был опубликован Шпеманом и его ученицей Тильдой
Мангольд в 1924 г. Дорсальная губа бластопора была вырезана
из зародыша гребенчатого тритона на стадии ранней гаструлы
и пересажена на брюшную сторону зародыша обыкновенного три-
тона приблизительно той же стадии развития (рис. 47, А, Б).
Примерно через сутки на брюшной стороне зародыша-хозяина
развились отчетливые осевые структуры: нервная трубка, соми-
ты, хорда, зачатки эмбриональных почек (рис. 47, В, Г, и. з.).
Рис. 47. Опыт Г. Шпемана и Г. Мангольд, приведший к открытию пер-
вичной эмбриональной индукции:
А, Б — схема операции по пересадке хордомезодермального зачатка; В —
внешний вид; Г — разрез через зародыш; после операции на брюшной
стороне образовался дополнительно индуцированный зародыш (и.з.),
ткани .которого болеё темные, чем ткани пересаженного индуктора (по
Шпеману)
104
Изменилась даже прилежащая энтодерма: в ней появилась по-
лость кишечника. Анализ материала, вошедшего, в состав всех
этих структур, показал, что большинство из них — почти вся
нервная трубка и значительная часть мезодермы — возникла из
клеток зародыша-хозяина. Таким образом, произошла настоящая
индукция — глубокое изменение свойств местной ткани, кото-
рая в норме дала бы только покровную эктодерму и, может быть,
некоторое количество мезенхимных клеток. Сама же пересажен-
ная хордомезодерма, которую мы теперь вправе называть ин-
дуктором, образовала, как и следовало ожидать, хорду, часть
мезодермы, а также небольшой участок нервной трубки. В ‘ре-
зультате индукции на брюшной стороне зародыша-хозяина раз-
вился целый дополнительный зародыш (рис. 47, В).
Очень интересный побочный результат данного опыта состо-
ит в следующем: строение индуцированных, органов оказалось
чрезвычайно точным, хотя трансплантированные и «хозяйские»
ткани за1нял1и в них в общем случайные положения. Фактически ’В
опыте Шпемана произошла не только индукция, но и регуляция,
аналогичная тем, что были в опытах с перемешиванием клеточ-
ного материала. Но, конечно, главное внимание исследователей
всего мира вызвал факт индукции одной закладки другой.
За этим явлением позже закрепилось наименование первич-
ной эмбриональной индукции. Уже тогда были извест-
ны индукционные процессы в более позднем .развитии, названные
впоследствии /вторичными и третичны/ми; более ранних же индук-
ционных процессов у позвоночных тоцда известно не было. Позже
мы увидим, что, по'-видимо1му, есть и такие.
Надо заметить, что сам Шпеман использовал термин не ин-
дукция, а организация и называл хордомезодерму первич-
ным организатором или организационным центром, а не индукто-
ром, как теперь принято. Различия в терминологии, которые
могут показаться незначительными, отражают сложную и драма-
тическую историю дальнейших работ по этой проблеме. Прежде
чем перейти к их разбору, рассмотрим, однако, сколь широко
распространены явления первичной индукции среди хордовых
животных (у беспозвоночных нервная система закладывается
совершенно иначе, и прямых параллелей здесь быть не может),
как формируется индукционная способность самой хордомезодер-
мы по мере ее развития и каковы различия в индукционном дей-
ствии разных участков хордомезодермы.
Первичная индукция в других классах хордовых.
Понятие компетенции эмбриональной ткани
Уже вскоре после открытия Шпемана была продемонстриро-
вана индукционная способность дорсального края бластодиска
рыб. Несколько позже было показано, что у зародышей птиц
так называемый гензеновский узелок (соответствующий дорсаль-
105
ной губе бластопора амфибий) тоже проявляет индукционное
действие: будучи пересажен в любое место зародышевого диска,
он вызывает образование над собой целого дополнительного за-
родыша. В 60-х годах XX в. Тунг и Тунг произвели очень тонкий
опыт по имплантации в бластоцель ранней гаструлы ланцетника
дорсальной губы от другого зародыша ланцетника; он оказал на
окружающие ткани совершенно такое же индуцирующее дейст-
вие, вызвав образование дополнительной нервной трубки.
Позже было отмечено, однако, что опыты по индукции у
ланцетника ставили при температуре несколько выше нормаль-
ной для этих животных, а при нормальной температуре нервная
система у них может развиваться и без воздействия индуктора.
Если это верно, то возникает очень любопытная ситуация: ин-
дуктор требуется ланцетнику лишь в качестве дополнительной
«подстраховки» в экстремальных условиях.
Своеобразными оказались результаты опытов на зародышах
асцидий. Как мы уже знаем, основные зачатки у этих животных
детерминируются еще в период дробления, и именно на этой
стадии надо ставить опыты. Предварительное картирование яйца
асцидий на стадии 8 бластомеров показало, что как материал
хордомезодермы, так и основная часть нейрального материала
локализованы в одном и том же так называемом заднем
вегетативном бластомере и поэтому недоступны разделению. Од-
нако небольшая часть нейрального материала, формирующего
головной ганглий, находится в заднем анимальном бластомере,
расположенном как раз над задним вегетативным. Существуют
ли индукционные влияния заднего вегетативного бластомера на
задний анимальный? Чтобы это проверить, поворачивали ани-
мальный ярус бластомеров на 180° так, чтобы задний анималь-
ный бластомер терял контакты с задним вегетативным, но вза-
мен последний оказался бы в контакте с передним анимальным
бластомером, из которого в норме возникал только покровный
эпителий. По аналогии с амфибиями следовало бы ожидать воз-
никновения в переднем анимальном бластомере индуцированного
головного ганглия; однако это не произошло. Быть может, у ас-
цидий головной ганглий возникает совершенно автономно от хор-
домезодермального материала? Тогда он должен был бы раз-
виться из перемещенного задне-анимального бластомера. Но не
наблюдалось и этого — ганглий не возник нигде.
Из этого интересного опыта следуют сразу два вывода:
1) для возникновения головного ганглия у асцидий требуется
воздействие от хордомезодермального материала, которое можно
уподобить индукционному, но 2) никакой материал, кроме того
(задне-анимального), который и в норме образует ганглий, не
может воспринять индукционные воздействия. Здесь мы подхо-
дим к важному понятию способности эмбрионального мате-
риала воспринять индукционный или вообще любой формообра-
зовательный стимул. Способность реагировать на различного
106
рода влияния изменением своей презумптивной судьбы получила
название компетенции эмбрионального материала. Измене-
ние хода развития возможно лишь в том случае, если область
компетенции к образованию некоторой закладки шире, чем об-
ласть, из которой она в норме развивается. Именно так обстоит
дело у амфибий: к образованию нервной системы компетентна
вся покровная эктодерма, и аналогично дело обстоит во всех
других классах хордовых, кроме асцидий. У них, как мы видели,
область компетенции не шире размеров нормальной закладки, и
индукцию из другого материала получить не удается. В дальней-
шем в ходе эволюции хордовых произошло расширение областей
компетенции и удлинение срока компетенции. И то и другое
представляет собой признак существенного эволюционного про-
гресса, к чему мы еще обратимся в 12-й главе.
Компетенция эмбриональных тканей есть, по всей видимости,
отражение каких-то автономных внутренних процессов, характер
и темп которых трудно или просто невозможно изменить экспе-
риментальными воздействиями. Например, независимо от того,
произойдет ли гаструляция или сама первичная индукция, ком-
петенция к восприятию действия индуктора возникает в эмбрио-
нальной эктодерме в начале стадии гаструлы и прекращается
в конце гаструляции. Иногда говорят об автономных «часах ком-
петенции» в тканях и связывают компетенцию с прохождением
каких-то синтетических процессов. Однако сведения по этому по-
воду еще очень скудны.
Возникновение индукционных свойств в ходе развития
Когда в ходе развития материал хордомезодермы начинает
проявлять свои индукционные свойства? В I960 г. английскому
эмбриологу А. Кертису удалось произвести очень тонкий опыт:
пересадить маленький участок кортикального слоя (кортекса)
яйца шпорцевой лягушки, взятый из области серого серпа, на
вентральную сторону другого зародыша. У последнего возникла
дополнительная индуцированная нервная система. Таким обра-
зом, по крайней мере у этого вида свойства индуктора детерми-
нированы еще с момента образования серого серпа. Пересадка
того же района кортекса, взятого со стадии 8 бластомеров, «не
дала положительных результатов. Можно думать, что к этому
времени индуцирующие факторы покидают кортекс и как бы
диспергируются по ооплазме, чтобы позже сконцентрироваться в
области хордомезодермы.
Голландский эмбриолог П. Ньюкуп (Niewkoop) получил на
зародышах тритона данные несколько другого рода. Он вырезал
из бластулы тритона область презумптивной мезодермы (зона III
на рис. 48, А) и сращивал вместе оставшиеся части — энтодер-
му с эктодермой, т. е. зоны I+II с зоной IV. Такие «укорочен-
ные» в анимально-вегетативном направлении зародыши (рис.
107
48, Б) развивались полноценно; хордомезодерма, обладающая
нормальными индукционными способностями, восстанавливалась
из той части презумптивной мезодермы, которая оказалась теперь
в контакте с энтодермой (густо запунктированная область на
рис. 48, Б). Ньюкуп полагает, что он продемонстрировал еще бо-
лее ранний индукционный процесс, нежели первичная индукция
Шпемана, а именно: пробуждение в эктодерме мезодермальных
свойств под влиянием контакта с энтодермой (этот процесс по-
казан стрелками на рис. 48, Б).
Рис. 48. Схема опыта Ньюкупа по индукции мезодермы из пре-
зумптивной эктодермы под влиянием эндодермы у зародышей хво-
статых амфибий. Объяснения в тексте
Таким образом, в опытах Ньюкупа индуцирующие свойства
были пробуждены в материале, вовсе не происшедшем из серого
серпа. Как это согласовать с данными Кертиса о весьма ранней
детерминации индукционных свойств именно в сером серпе? Во-
обще говоря, такая противоречивая ситуация привычна для эм-
бриологии. Ранняя детерминация некоторых свойств в одной за-
кладке вовсе не противоречит тому, что они могут быть при опре-
деленных воздействиях пробуждены в другой закладке. Добавим
сюда еще новые данные шведского эмбриолога Левтрупа (Lov-
trup). Ему удалось заново получить серый серп с индукционны-
ми свойствами в вентральной половине яйца амфибий, поме-
щенного в условия довольно крутого градиента аэрации: серп
возник на более аэрированной стороне. Как уже говорилось в
гл. 3, дополнительный серп можно получить и простым перево-
рачиванием яиц амфибий до начала дробления. Мы убеждаемся,
что такая, казалось бы, уникальная структура, как серый серп
и происходящая в норме лишь из него хордомезодерма, могут
быть получены из разных участков яйца, разными путями и даже
на разных стадиях развития: в нормальном развитии серп детер-
минируется при ооплазматической сегрегации, а в опытах Нью-
купа возникает заново в результате межклеточных взаимодейст-
вий на стадии бластулы. Эмбриологи 30-х годов любили
108
образование важных для организма структур «страхуется» более
чем одной системой последовательных взаимодействий, хотя бы
такая страховка и казалась излишней для нормального развития.
Региональность индуктора и индуцируемой нервной системы
Из карт презумптивных зачатков амфибий видно, что мате-
риал дорсальной губы бластопора ранней гаструлы в ходе
инвагинации погружается глубже всего и подстилает будущую
переднюю часть нервной пластинки, 'которая превратится в
передний мозг; материал же дорсальной губы более поздней
гаструлы расположится каудальнее и подстелет собой среднюю
и заднюю части нервной пластинки — будущий спинной мозг.
Связана ли как-нибудь региональность нервной пластинки (ее
расчленение на головной и спинной мозг) с региональной неодно-
родностью индуктора, т. е. с различиями в индуцирующих свойст-
вах дорсальной губы ранней и поздней гаструлы? Поставленные
Шлем ан ом опыты по исследованию индукционных свойств дор-
сальной губы бластопора ранней и поздней гаструлы показали, что
такие различия действительно имеются: губа ранней гаструлы, т. е.
передняя часть хордомезодермы, индуцировала преимущественно
структуры переднего мозга, ,а губа поздней гаструлы — преиму-
щественно структуры спинного мозга, а также значительное ко-
личество мезодермальной ткани. Так возникло представление о
том, что первичный организатор состоит на самом деле из двух
частей — переднемозгового организатора (йли индуктора, вызы-
вающего образование чисто нейральных структур) и спинно-хво-
стового организатора (индуктора), вызывающего образование из
компетентной эктодермы кроме спинномозговых нейральных
структур также и мезодермы. Позже удалось идентифицировать
химические факторы, примерно соответствующие по своему дей-
ствию этим двум индукторам.
С другой стороны, к региональности нервной системы прило-
жим принцип «двойного обеспечения». Ставились опыты по по-
вороту всей хордомезодермы на 180° (передним концом назад) и
по полному перемешиванию клеток индуктора. В обоих случаях,
тем не менее, возникали хорошо организованные нервные пла-
стинки с нормальной региональностью. Опыты такого рода ясно
показывают, что в индуцируемой нервной пластинке имеются соб-
ственные внутренние факторы организации, и процесс .индукции не
есть слепое копирование нервной тканью организации индуктора.
Эти свойства индукционных процессов еще ярче выступают в про-
цессах вторичных индукций (см. гл. 8).
Поэтому процесс первичной эмбриональной индукции не мо-
жет быть полностью понят исходя из внутренних свойств самого
индуктора: для его нормального осуществления требуется по
меньшей мере компетентность реагирующего материала, а также
109
называть это «двойным» или «множественным» обеспечением:
и какие-то другие его свойства, проявляющиеся, .как мы только
что видели, в способности чк самоорганизации. Тем не <менее основ-
ные усилия исследователей первичной индукции были направлены
именно на сам индуктор. Рассмотрим эти исследования.
Работы по внутренним механизмам индукции
Когда Шпеман открыл явление индукции, исследователи
многих стран мира обратились к поискам механизма этого явле-
ния. Вначале существовало мнение, что речь должна идти о ка-
ких-то тонких, сугубо прижизненных свойствах индуктора (или,
по Шпеману, организатора). Однако уже через несколько лет
обнаружилось, что мертвая (убитая нагреванием или фиксацией)
ткань индуктора тоже может вызвать образование нейральных
структур в компетентной эктодерме. Появилось множество работ
по испытанию индуцирующего действия совершенно чужеродных
тканей, а также различных химических веществ. Обширные ис-
следования, проводившиеся в конце 20-х и в 30-е годы XX ib., по-
казали, что индукторами могут быть вытяжки из самых различ-
ных тканей беспозвоночных и позвоночных животных, а также
растений. Индуцирующее действие проявили и некоторые неорга-
нические вещества, например хлористый литий, превращавший
компетентную эктодерму не в нейральную ткань, а в мезодерму
и отчасти в энтодерму. Поэтому его назвали мезодермализую-
щим, или вегетализующим, фактором.
Заметное смущение вызвали у исследователей первичной ин-
дукции данные американского эмбриолога Л. Барта (Bart), ко-
торый в 1940 г. описал явление «самонейрализации»: в эктодер-
ме зародыша аксолотля, помещенной в физиологический раствор,
нейральные структуры возникали без всякого индуктора. Позже
это стали объяснять тем, что при эксплантации ткани гибнет
часть ее клеток, и из них высвобождаются .индукторы, которые
присутствовали там в скрытом виде. Как бы то ни было, широкое
распространение неспецифических индукторов и явления само-
нейрализации показывают, насколько сама по себе компетентная
эктодерма зародыша близка к тому, чтобы вступить на путь ней-
ральной или мезодермальной дифференцировки.
Другое направление в изучении индукции связано с поиска-
ми «специфических индукторов», т. е. таких веществ, которые
вызывают индуцирующее действие в ничтожных концентрациях.
Финские эмбриологи, руководимые С. Тойвоненом (Toivonen),
обнаружили в 1930—1940-х годах, что такие индукторы могут
быть получены из костного мозга, печени и почек млекопитаю-
щих. Вытяжки из печени индуцировали преимущественно передне-
мозговые структуры, а вытяжки из костного мозга — преиму-
щественно мезодермальные. Если в бластоцель подопытного за-
110
родыша имплантировать оба эти индуктора, то получится более
или менее нормально построенный зародыш. Позднее немецкий
биохимик X. Тидеман (Tiedemann) получил еще более активные
индукторы из тканей куриных зародышей. Ему удалось, более
чем кому-либо другому, приблизиться к выяснению химической
природы индукторов. Мезодерм ал изующий индуктор оказался
белком, а наиболее сильное нейрализующее влияние оказала
фракция неуклео1протеадо1В. Тидеман обнаружил также, что лишь
мезодермальный индуктор проникает в индуцируемую ткань, а
нейральному индуктору достаточно подействовать снаружи на
клеточные мембраны, чтобы «запустить» нейральную дифферен-
цировку. Это очень важный факт, свидетельствующий о значе-
нии перестроек мембраны в запуске клеточной дифференцировки.
В настоящее время интенсивно ведутся работы по молекулярным
механизмам действия индукторов. (Об этом мы еще будем гово-
рить в гл. 9.)
Некоторые авторы склонны искать разгадку влияния индук-
ционных веществ в процессах не молекулярного, а клеточного
уровня. Отмечается, в частности, что мезодермализующие индук-
торы временно замедляют клеточный цикл в индуцируемых тка-
нях. Мы уже отмечали, правда на совсем других объектах
(Spiralia), что изменение длительности клеточного цикла может
повлиять на дифференцировку. Другие авторы обращают внима-
ние на изменение контактных взаимодействий клеток при ин-
дукции.
Чтобы воспринять действие индуктора, компетентная ткань
должна обладать хотя бы минимальной организацией. Англий-
ская исследовательница Э. Дюкар (Deuchar) установила следую-
щее: одиночные клетки не воспринимают действие индуктора, а
чем больше клеток в реагирующей ткани, тем активнее ее реак-
ция. С другой стороны; для оказания индуцирующего действия
достаточно лишь одной клетки индуктора. •
Проблема эмбриональной индукции — интенсивно развива-
ющаяся область эмбриологии, и можно надеяться, что ближай-
шие годы принесут много новых сведений.
Индукция и организация
Шпеман-не случайно называл хордомезодерму организа-
тором, а не индуктором. Для него имело первостепенную важ-
ность то обстоятельство, что под действием хордомезодермы
возникает не просто конгломерат неорганизованных в простран-
стве тканей, а правильные структуры, и даже целые дополни-
тельные зародыши. Между тем в опытах с искусственными чу-
жеродными индукторами, а также при индукции . отдельных,
вырезанных из зародыша участков тканей, правильная «органи-
зация» возникает редко, и исследователи обычно регистрируют
беспорядочно разбросанные скопления дифференцированных
111
клеток. Английский эмбриолог К. Уоддингтон (Waddington)
предложил называть аморфную дифференцировку «эвокацией», в
противоположность «индивидуации» — появлению истинной ор-
ганизации. Как бы то ни был о, искусственно вызванная индукция
сама по себе еще не обеспечивает того правильного размеще-
ния возникающих дифференцировок, которое наблюдается после
нормально протекшей гаструляции в живом зародыше. Таким
образом, проблема индукции и проблема пространственной орга-
низации — разные, не сводимые друг к другу вещи, и о послед-
ней проблеме мы будем говорить отдельно в гл. 11.
ЛИТЕРАТУРА
И б е р т Дж. Взаимодействующие системы в развитии. М., «Мир», 1968.
Игнатьева Г. М. Современное состояние проблемы первичной эмбрио-
нальной индукции.— В сб.: Итоги науки. М., ВИНИТИ, 1971.
Саксен Л., Тойвонен С. Первичная эмбриональная индукция. М.>
ИЛ, 1963.
Глава 7
ОБЗОР РАННЕГО РАЗВИТИЯ
РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ ПОЗВОНОЧНЫХ
Раннее развитие костистых рыб, — Общие призна-
ки развития амниот. — Дробление и строение
бластодиска зародышей птиц. — Формирование
зародышевых листков (гаструляция) у птиц. —
Образование туловищных складок, развитие ки-
’чиечника и сердца зародышей птиц. — Развитие
зародышевых оболочек и аллантоиса. — Развитие
рептилий. — Развитие млекопитающих. — Раннее
развитие высших млекопитающих. — Импланта-
ция и типы плацент. — Гормональная регуляция
половых циклов млекопитающих
Основы сравнительной эмбриологии позвоночных животных
были заложены К. Бэром в его законе зародышевого сходства —
утверждении, что чем раньше стадия развития, тем более сходны
между собой зародыши различных классов позвоночных. Одна-
ко сегодня при оценке этого закона надо иметь в виду, что во
времена Бэра не были известны наиболее ранние стадии разви-
тия позвоночных — дробление и закладка зародышевых листков.
Позже были выявлены глубокие различия в ходе дробления
в разных классах позвоночных. Вначале эти различия, равно как
и другие, были отнесены Э. Геккелем к категории «|ценогене-
зо1в» — добавлений узко1П|риспособительнопо значения, лишь слег- 4
ка накладывающихся на совершенно неизменный для всех позво-
ночных ход основных формообразовательных процессов — «па-
лингенез». Палингенез, как считал Геккель и вслед за ним
несколько поколений эмбриологов, по сути своей неизменен, на-
чиная от ланцетника и до высших позвоночных.
Однако в последнее время точка зрения изменилась. Мы уже
говорили в гл. 5 об очень важном выводе новейших исследовате-
лей относительно закладки мезодермы у бесхвостых .амфибий:
оказалось, что она ни на одной стадии развития не локализована
на поверхности яйца и поэтому, в противоположность ланцетни-
ку, никогда не входит в состав стенки архентерона. По современ-
ным данным раннее развитие костистых рыб тоже сильно отли-
чается от такового других позвоночных.
Раннее развитие костистых рыб
Как уже говорилось, яйца -костистых рыб относятся к поли-
лецитальным по количеству желтка и к телолецитальным по его
распределению: на анимальном полюсе оплодотворенного яйца
ИЗ
имеется свободная от желтка область, где только и происходит
дробление. Последнее, таким образом, частичное (меробласти-
ческое) и дискоидальное. Примерно на четвертом — пятом деле-
ниях дробления митотические веретена ориентируются вертикаль-
но, *в результате чего выделяются поверхностные и внутренние
бластомеры. Часть внутренних бластомеров погружается в жел-
ток, образуя так называемый желточный синцитий (парабласт).
Самые наружные бластомеры образуют плотный слой, под кото-
рым располагается рыхлая масса внутренних бластомеров. Все
это скопление называют бластодиском. По краям бластодиска
слой бластомеров плотно прилегает к желточному синцитию и,
распространяясь по его поверхности, постепенно покрывает весь
желток, смыкаясь в конце концов на вегетативном полюсе яйца
(процесс эпиболии). Так образуется желточный мешок, ко-
торый впоследствии втягивается внутрь зародыша, входя в со-
став его кишечника. Однако еще много раньше конца обрастания
желтка на анимальной части бластодиска происходят основные
формообразовательные процессы. Раньше полагали, что в основе
их лежит гаструляция путем подворачивания заднего края бла-
стодиска. В таком случае ход развития костистых рыб не должен
был сильно отличаться от развития форм с мезолецитальными
яйцами — амфибий и осетровых. Однако недавние работы аме-
риканского эмбриолога В. Болларда (Ballard), выполненные на
зародышах форели, показали иное. С помощью мечения участков
бластодиска частичками • мела, введенными на различную глу-
бину, он установил, что подворачивания поверхностного слоя в
области заднего полюса бластодиска нет. Поверхностный слой
участвует лишь в эпиболических движениях и впоследствии об-
разует только покровы зародыша. Все же остальные закладки
возникают из массы внутренних бластомеров. Когда дробление
заканчивается, внутренние бластомеры начинают перемещаться
от центра к краям диска, но вскоре их траектории сходятся к
заднему полюсу (рис. 49, А, Б, сплошные стрелки). Тем временем
клетки поверхностного слоя обрастают зародыш (рис. 49, Бг
пунктирные стрелки). Презумптивные клетки хорды, сомитов и
нервной пластинки с самого начала развития лежат на разных
уровнях, так что карта презумптивных зачатков должна быть
трехмерной (рис. 49, Bi—В3). Различные зачатки осевого ком-
плекса разделяются друг от друга путем деламинации. При ней-
руляции также не происходит движений скручивания: презумп-
тивные клетки нервной системы конвергируют к медиальной ли-
нии, а затем в этой клеточной массе шизоцельным путем (т. е.
путем расхождения клеток) формируется полость невроцеля. Од-
новременно с работами Болларда в лаборатории С. Г. Соина
было исследовано развитие карпозубой рыбы нотобранха, обита-
ющей в пересыхающих водоемах тропических стран. Оказалось,
что ее поверхностные бластомеры не участвуют в развитии заро-
дыша, а образуют плотную оболочку, предохраняющую яйца от
114
высыхания. Данное приспособление можно рассматривать как
подобие амниотических оболочек высших позвоночных. Все орга-
ны нотобранха образуются из внутренней массы бластомеров с
помощью процессов, близких к деляминации. Здесь перед нами
крайний пример того типа развития, который был описан Бол-
лардом.
Следовательно, даже у^ таких сравнительно близких классов,
как рыбы и амфибии, основные формообразовательные процес-
сы — гаструляция и нейруляция — идут совершенно по-разному.
Тем не менее на стадии сформированного осевого комплекса
(завершенной нейруляции) между зародышами рыб и амфибий
имеется глубокое сходство (гомология). То же можно сказать и
о других классах позвоночных. Закон Бэра мы должны в -этом
Рис. 49. Ранние стадии развития форели по данным В. Болларда:
А — траектории движения внутренних бластомеров к краям зародышевого*
диска (дорсальный край — внизу); Б — соотношение движений клеток внутрен-
них слоев (сплошные стрелки) й внешнего слоя (пунктирные стрелки) на по-
следовательных стадиях развития зародыша рыбы, показанного справа. Гори-
зонтальные полуокружности — последовательные уровни обрастания яйца заро-
дышевым диском, Bi, В2, Вз — карты презумптивных зачатков форели на трех
поперечных уровнях бластодиска. Незаштрихованный верхний слой — наруж-
ная клеточная оболочка (перидерма), густым пунктиром показан презумптив-
ный зачаток нервной системы, более редким — презумптивный зачаток хорды,
самый редкий пунктир — зачаток мезодермы
свете модифицировать следующим образом: в развитии разных
классов позвоночных наблюдается не только дивергенция, а сна-
чала конвергенция к некоторому «узлу сходства», представленно-
му у позвоночных стадией сформированных осевых органов,
и лишь позже — дивергенция. (К обсуждению этих вопросов мы
вернемся в 12-й главе.)
Общие признаки развития амниот
Приспособление высших позвоночных (рептилий, птиц и мле-
копитающих) к наземной среде обитания связано, прежде всего,
с появлением ряда адаптивных черт их эмбрионального разви-
115
тия: образованием плотной кожистой или известковой скорлупы
у яйцекладущих форм, специальных эмбриональных оболочек —
амниона и серозы (представляющих собой складки так называе-
мой внезародышевой части бластодермы) и особенного зароды-
шевого органа — аллантоиса, являющегося выростом задней
кишки зародыша. Кроме этих типичных, по терминологии Гекке-
ля, ценогенезов амниоты объединяются сходным протеканием ос-
новных процессов раннего развития собственно зародыша, весь-
ма отличающимся от развития анамний.
Для всех амниот характерно разделение материала зароды-
ша на две части: собственно зародышевую, которая идет на
образование взрослого организма, и окружающую его внезаро-
дышевую, из которой и формируются зародышевые оболочки или
же гомологичные им части зародыша млекопитающих. Мы, впро-
чем, уже видели на примере нотобранха, что выключение части
поверхностного материала из развития в качестве приспособле-
ния к условиям пересыхания встречается и у некоторых рыб.
Таким образом, отдаленные предпосылки к формированию заро-
дышевых оболочек можно уловить уже у анамний.
Дробление и строение' бластодиска зародышей птиц
Яйца птиц относятся к меробластическому типу, дробление у
них дискоидальное. В результате дробления образуется зароды-
шевый диск (бластодиск), состоящий из нескольких слоев бла-
стомеров; нижние из них погружены концами в желток. Цент-
ральная часть бластодиска, из которой впоследствии развивается
сам зародыш, называется зародышевым щитком; с краев
он окаймлен приподнятым над желтком валиком, который ка-
жется поэтому более прозрачным и получил название area pellu-
cida (прозрачная зона). Еще более периферическая, уже в неза-
родышевая часть бластодиска снова плотно примыкает к
ж,елтку и называется темной зоной (area ораса). Внешний край
area oipaca является краем обрастания желтка бл астодис-
koim. Клетки края обрастания находятся в тесной связи с желтком.
Формирование зародышевых листков (гаструляция) у птиц
Наиболее характерный признак гаструляции всех амниот —
двухфазность: на первой фазе гаструляции от бластодиска внутрь
отчленяется гипобласт, который по современным представле-
ниям дает начало лишь внезародышевой части энтодермы (эн-
дофиллу). После отчленения гипобласта верхний слой бластодис-
ка начинает называться эпибластом. На второй фазе гастру-
ляции от эпибласта отделяется клеточный материал, образующий
впоследствии хорду и производные мезодермы, а также (по но-
вейшим представлениям) зародышевую энтодерму (энто-
бласт), дающую начало всему или почти всему кишечнику заро-
дыша. Затем в составе эпибласта остается лишь одна эктодерма.
116
Первую фазу гаструляции у птиц проследить трудно, так -как
она протекает на самых ранних стадиях развития, обычно до от-
кладки яйца. Более или менее полные данные получены лишь
недавно. Как стало известно, у одного из краев зародышевого
щитка (который впоследствии окажется задним) происходит уси-
ленное отделение клеток гипобласта. Они вначале расположены
несколькими изолированными скоплениями, в. дальнейшем сли-
вающимися в одно. Авторы, описавшие это .явление, называют
его множественной инвагинацией, хотя, быть может, лучше наз-
вать его «множественной иммиграцией» клеток. Ясно во всяком
случае, что закладка гипобласта не происходит путем подворачи-
вания края бластодиска (как думали раньше), и даже общеприня-
тое в учебниках обозначение данного процесса как деламинации
не вполне подходит.
Эти «множественные иммигрирующие» клетки распростра-
няются под всей поверхностью бластодиска вплоть до его краев
и образуют виезароды-шевую энтодерму (эндофилл) (рис. 50, А,
жирные и пунктирные стрелки).
В дальнейшем наиболее важные процессы разыгрываются в
эпибласте (рис. 50, Б). По периферии эпибласта происходят
сложные движения клеток, в которых преобладает их конвер-
генция (схождение) к заднему концу бластодиска: там возни-
кает сгущение клеток эпибласта в виде продольного тяжа —.
первичной полоски (/рис. 50, Б, п. п.). По новейшим данным
английских исследователей X. Стерна и Гудвина конвергенция
клеток представляет собой ритмический процесс, связанный с
периодическими сокращениями бластодиска. Волны этих сокра-
щений исходят от заднего конца первичной полоски.
Первичная полоска не обладает постоянным клеточным со-
ставом. Ее можно назвать «структурированным процессом»: к
ней непрерывно подходят спереди и сбоку все новые клетки эпи-
бласта, но они не задерживаются в полоске, а, подворачиваясь
через ее края, мигрируют вглубь, в полость между эпибластом
и гипобластом (рис. 50, В). При подворачивании клетки бывше-
го эпибласта утрачивают связи между собой и расползаются по
внутренней поверхности оставшегося снаружи эпибласта или по
гипобласту в виде отдельных клеток мезенхимного характера.
Вреление клеток эпибласта ’происходит по всей средней линии
первичной полоски, но особенно интенсивно на ее переднем
конце. Поэтому уже через несколько часов после своего возник-
новения первичная полоска приобретает желобок по средней ли-
нии и первичную ямку у переднего конца. Первичная
полоска с желобком называется первичной бороздкой
(рис. 50, А, Б, п. б., В, 3), а сгущение клеток на переднем конце
первичной бороздки, спереди от первичной ямки, называется
гензеновским узелком (рис. 50, А, г. у.). Материал
бывшего эпибласта, вселяющийся внутрь через переднюю часть
первичной бороздки и гензеновский узелок, мигрирует затем пре-
117
00
n.n. П.0.
Нижняя поверх ноет ь
Рис, 50. Движение клеток в гипобласте и эпибласте зародышей птиц на ранних стадиях развития.
А — гипобласт, вид сверху; Б — эпибласт, вид сверху; точками выделена зародышевая часть бластодиска. В — попереч-
ный разрез первичной бороздки, г. у. — гензеновский узелок, п. б. — первичная бороздка, п. п.— первичная полоска, х. в.—
хордальный вырост. 1 — эктодерма, 2 — мигрирующие клетки презумптивной мезодермы, 3 — первичная бороздка, 4 —•
энтодерма, 5 — мезодерма (по Шпратту, Хаасу)
имущественно вперед от гензеновского узелка, материал же, все-
ляющийся через заднюю часть первичной бороздки, движется в
стороны.
По современным данным Г. Розенкйиста и Г. Николе (по-
лученным с помощью особенно тонких методов прижизненной
маркировки клеток) судьба вселившегося через первичную бо-
роздку и гензено!вский узелок клеточного материала такова. Рань-
ше всего из передней части первичной бороздки мигрирует ма-
териал энтобласта. Он смещается в виде узкой полосы к
самому переднему концу зародыша-и образует впоследствии го-
ловную кишку. Позже часть этого материала смещается
назад и участвует в образовании более задних отделов кишеч-
ника.
Вслед за ним через гензеновский узелок и переднюю часть
первичной бороздки выселяются клетки мезобласта, кото-
рые также мигрируют вперед. Центральная часть мезобласта
дает начало головной мезодерме и хордальному выросту,
впоследствии превращающемуся в хорду. Более латеральные
районы мезобласта дают начало мезодерме будущих сомитов
(осевой мезодерме). Через центральные части первичной борозд-
ки подворачиваются клетки будущей мезодермы боковой
пластинки (также мигрирующие вперед и располагающиеся
сбоку от материала осевой мезодермы). Наконец, через задний
участок первичной бороздки подворачивается материал внеза-
р о д ы ш е в о й мезодермы, мигрирующий затем латерально
вплоть до края обрастания.
По мере ухода клеток из первичной бороздки она все более
укорачивается и гензеновский -узелок смещается все более на-
зад. В конце концов он оказывается на заднем конце зародыша
(см. рис. 52, А, г. у.) и 'впоследствии превращается в анальное от-
верстие.
В целом вторая фаза гаструляции птиц и других амниот
явным образом гомологична табуляции амфибий. Первичную
бороздку можно гомологизировать с бластопором, ее края — с
боковыми губами бластопора, гензеновский узелок (первичную
ямку) — с дорсальной губой бластопора. Материал энтобласта
гомологичен прехордальной пластинке амфибий. Гомология ген-
зеновского узелка дорсальной губе бластопора амфибий под-
тверждается и экспериментально. Гензеновский узелок обладает
действием первичного организатора: при пересадке в другие об-
ласти бластодиска юн вызывает там образование осевых струк-
тур дополнительного зародыша.
Гомологичность структуры гаструлы и хода, гаструляции у
амфибий и птиц особенно ясно видна при сравнении карт их
презумптивных зачатков (рис. 51, сравните с рис. 36, Б).
Тем временем внезародышевые части, т. е. гипобласт и эпи-
бласт, расположенные на периферии зародышевого диска, про-
должают распространяться по поверхности желтка. Желток, по-
119
крытый гипобластом, образует желточный мешок, подобный та-
ковому костистых рыб (хотя у птиц желток никогда не покры-
вается гипобластом полностью, а остается связанным с белко-
вой оболочкой узкой перемычкой). В пространство между ги-
побластом и эпибластом желточного мешка внедряются клетки
внезародышевой мезодермы. Они образуют скопления — так
называемые кровяные островки, из которых потом обра-
зуются сосуды внезародышевой части системы кровообращения.
Рис. 51. Карта презумптивных зачатков зародыша
курицы перед началом гаструляции:
г — зачаток головной мезодермы, ж. м.— зачаток
энтодермы желточного мешка, х— зачаток хорды,
энт (энтобласт) — зачаток головной кишки;
остальные зачатки полностью обозначены на рисун-
ке (по Розейквисту, Николе)
Из тех мезодермальных клеток, которые оказались в просвете
сосудов, формируются клетки крови. Сосуды внезародышевой
системы кровообращения служат не только для газообмена, но
и для транспорта питательных веществ желточного мешка к за-
родышу и удаления продуктов обмена. Таким образом, стенка
желточного мешка — важнейший для зародыша орган, несущий
функции питания, дыхания и выделения.
120
Образование туловищных складок, развитие кишечника
и сердца зародышей птиц
В конце первых суток инкубации куриного зародыша его
передний конец начинает
бластодиска и отделяться
ной складкой
(рис. 52, Б, гскл). Края
этой складки постепенно
распространяются все да-
лее назад, окаймляя за-
родыш с боков и отделяя
его от распластанной по
желтку внезародышевой
части. Эти боковые склад-
ки (непрерывно связан-
ные с головной складкой)
называются туловищ-
ны<ми (‘рис. 54, А, Б, т.
скл).
Одновременно с при-
подниманием над бла-
стодиском переднего кон-
ца зародыша начинает
отделяться от желтка пе-
редняя часть энтобласта.
Она образует при этом
карманообразное выпячи-
вание, переходящее сза-
ди в пока распластанный
по желтку энтобласт. Это
©ып1ЯЧ1И|Ва|Н1ие называется
головной кишкой
(рис. 52, Б, гк), а вход в
него сзади — ворота-
ми головной к и ш-
к и.
В начале вторых су-
ток инкубации возникает
парный зачаток с е р д-
ц а. Он представлен дву-
мя симметрично располо-
приподниматься над поверхностью
от него узкой впадиной — голов-
Рис. 52. Зародыш курицы после 30 ч ин-
кубации:
А — вид сверху; Б — вид с левого бока,
объемная реконструкция, гк — головная
кишка, гскл — головная складка, глп —
глазной пузырь, гу — гензеновский узелок,
жв — желточные вены, нпл — нервная пла-
стинка, нт —нервная трубка, с — сердце,
сом — сомиты, х — хорда, pros — передний
мозговой пузырь, rhomb — задний мозго-
вой пузырь, mes^— средний мозговой пу-
зырь (по Балинскому)
женными утолщениями
висцерального листка мезодермы, который, как всегда, тес-
но связан с энтодермой. Пока эктодермальный слой распла-
стан по желтку, левый и правый парные зачатки не могут
соединиться. Их соединение может произойти лишь после сво-
рачивания энтобласта в трубку головной кишки, причем вент-
121
ральнее последней. И действительно, сердечные зачатки смы-
каются (в начале вторых суток инкубации) сразу же спереди от
ворот головной кишки и вентральнее нее' (рис. 53, А—Г). Из со-
единившихся утолщений висцеральной мезодермы возникает мы-
Рис. 53. Образование сердца цыпленка из парных зачатков (с вентральной
стороны, полусхематично):
А—Г — последовательные стадии, вн. ц.— внезародышевый целом (экзоце-
лом), жв — желточные вены, мио — зачатки миокарда, энд — зачатки эндо-
карда (по Балинскому)
122
щечная стенка сердца — мпокард (рис. 53, мио). Внутренняя
выстилка сердца — эндокард (рис. 53, энд) — также сливается
из двух трубчатых зачатков, образованных мигрировавшими по
т.скл
ц
Рис. 54. Последовательные стадии (А—В) замыкания зародышевых обо-
лочек цыпленка на поперечных срезах:
ам — амниотическая оболочка, амн. п — полость амниона, дт — дерматом,
мт — миотом, пм — париетальная мезодерма, сер — серозная оболочка,
ст — склеротом, т. скл — туловищная складка, ц — целом зародыша,
экт — эктодерма, энт — энтодерма, эц — экзоцелом (по Балинскому)
123
энтобласту мезенхимными клетками. Единая сердечная трубка
соединяется с широкими желточными венами, несущими кровь
от внезародышевой системы кровообращения (рис. 52, А, 53, жв).
К 30 часам инкубации в осевой мезодерме зародыша кури-
цы возникает около 10 пар мезодермальных сомитов (рис. 52, А,
сом), а уже замкнувшаяся к этому времени передняя часть нерв-
ной трубки (рис. 52, А, Б, нт) подразделяется на три мозго-
вых пузыря (рис. 52, A, pros, mes, rhomb). С развитием этих
закладок мы познакомимся подробнее в следующей главе.
Развитие зародышевых оболочек и аллантоиса
В коеде вторых суток инкубации зародыш курицы начи-
нает с головного конца укутываться зародышевыми оболочками.
Они формируются как складки внезародышевой эктодермы и
примыкающего к ней париетального листка мезодермы (рис. 54,
А, Б). Эти складки .удлиняются
и (смыкаются «ад телом зароды-
ша по его средней линии, после
чего шов между ними исчезает
и обе складки объединяются
(рис. 54, В). Возникают две рас-
положенные друг над другом обо-
лочки, каждая из которых состо-
ит (из слоя эктодермы и примы-
кающего к ней слоя париеталь-
ной мезодермы. Нижняя, ближай-
шая к зародышу, оболочка назы-
вается амниотической (рис. 54,
55, ам), а верхняя, удаленная
от н е по — серозной. Полость
между зародышем и амниотиче-
ской оболочкой' называется по-
лостью амниона (рис. 54, 55,
амн. п.), а полость между ам-
ниотической и серозной оболочка-
ми—полостью внезародышевого
целома или экзоцеломом
Рис. 55. Схема строения зародыша
курицы четырех суток инкубации:
алл — аллантоис, амн. п.— амниоти-
ческая полость, ам — амниотическая
оболочка, гк — головная кишка,
з. к.— задняя кишка, ж. м.— желточ-
ный мешок, сер — серозная оболоч-
ка, эц — экзоцелом (по Балинскому)
(рис. 54, 55, эц) Такое название
дано ей потому, что она выстлана с обеих сторон внезародышевой
мезодермой.
На ранних стадиях развития внезародышевый целом связан
широким просветом с теми участками целома, которые позже
войдут в состав зародыша, но с углублением туловищной склад-
ки этот просвет сужается и зародышевые участки целома
(рис. 54, ц) обособляются от экзоцелома.
124
Ворота головной кишки по мере развития зародыша сме-
щаются все далее назад, отделяя от желтка все новые участки
энтобласта. Через двое суток инкубации аналогичным образом
на противоположном конце зародыша формируется задняя киш-
ка (рис. 55, з. к.) К четвертым суткам развития ворота перед-
ней и задней кишки почти смыкаются, оставляя узкий просвет
между кишечником зародыша и желточным мешком (рис. 55,
ж. м) — желточный стебелек. Перед вылуплением зародыша
через желточный стебелек остаток желточного мешка втягивает-
ся внутрь кишечника.
К концу третьих суток инкубации у куриного зародыша по-
является новый эмбриональный орган, характерный для всех
амниот — аллантоис (рис. 55, алл). Он образован энтодер-
мой и прилежащим к ней висцеральным листком мезодермы и
представляет собой вырост задней кишки зародыша. У алланто-
иса две основные функции. Во-первых, он работает как зароды-
шевый орган выделения — вплоть до вылупления зародыша в
аллантоисе накапливаются продукты распада. Во-вторых, он
служит органом дыхания зародыша. Последняя функция обес-
печена тем, что в мезодермальной оболочке аллантоиса разви-
вается мощная сеть кровеносных сосудов, а по мере развития
зародыша аллантоис сильно разрастается и начинает в конце
концов занимать всю полость внезародышевого целома, тесно
примыкая к серозной оболочке и через нее к подскорлуповой
оболочке яйца. Это создает наилучшие условия для газообмена.
Аллантоис, так же как амниотическая и серозная оболочки,
относится к внезародышевым органам. К концу развития боль-
шая часть его отбрасывается и лишь незначительная часть втя-
гивается внутрь зародыша, образуя мочевой пузырь.
Развитие рептилий
В общих чертах сходно с развитием птиц. Дробление тоже
дискоидальное, и зародышевый диск разделяется на зародыше-
вую (зародышевый щиток) и внезародышевую части. Рано выде-
ляется гипобласт, по-вддимому, тем же способом, что и у птиц.
В задней части зародышевого щитка образуется клеточное скоп-
ление, гомологичное первичной полоске птиц, но значительно бо-
лее компактное. В его центре появляется круглое углубление,
которое начинает расти вперед (рис. 56, А, Б). Это углубление
гомологично переднему краю первичной боровки, а его верхняя
губа — 1гензеновскому узелку. Оно называется мезодермаль-
ным мешочком, потому что из его боковых стенок образует-
ся мезодерма, а из верхней стенки — хорда. Позже мезодермаль-
ный мешочек прорывается в полость, выстланную внутри гипо-
бластом (рис. 56, В, Г). Так образуется полость первичного ки-
шечника, -вполне гомологичная архентерону. Все эти процессы
изучены еще далеко не достаточно.
125
Развитие млекопитающих
В развитии низших млекопитающих (однопроходных и
сумчатых) можно проследить различные стадии перехода от по-
лилецитальных, дискоидально дробящихся яиц рептилий к але-
цитальным, голобластическим яйцам высших (планцетарных)
млекопитающих.
У однопроходных (ехидна, утконос) яйца богаты желтком,
и дробление у них дискоидальное. Дальнейшее развитие изучено
недостаточно, но, по-видимому, оно более всего похоже на тако-
вое рептилий: на бластодиске формируется клеточное скопле-
Рис. 56. Четыре последовательные стадии (А—Г) гаструляции ящерицы на
сагиттальных срезах:
г. в.— гастральное впячивание, н. п.— нервная пластинка, п. пл.— первичная
пластинка, х.— хорда, экщ.— эктодермальный щит, эн.— энтодерма (по Ива-
нову)
ние — первичная пластинка, а в ней — гастральный мешочек,
сходный с мезодермальным мешочком рептилий и также смы-
кающийся с ранее отделившейся энтодермой.
В яйцах сумчатых желтка немного, а в ходе дробления он
и вовсе отторгается. У сумчатой куницы это происходит уже в
первом делении дробления: врезающаяся с анимального полюса
борозда огибает желток сверху, так что в результате обособля-
ются два алецитальных бластомера. У опоссума желток вытал-
кивается из бластомер в виде отдельных гранул.* Однако во всех
названных случаях освободившиеся от желтка бластомеры впо-
126
следствии обрастают желток, так что характер дробления близок
к дискоидальному. Мы увидим сейчас, что то же самое можно
сказать по существу и о высших млекопитающих.
Раннее развитие высших млекопитающих
У высших (плацентарных) млекопитающих яйца алеци-
тальные: очень небольшое количество желтка в бластомерах все
же имеется, но желток этот впоследствии выталкивается. Дробт
ление полное, но его нельзя отнести ни к одному из известных
нам типов, например радиальному или спиральному. Бластоме-
ры связаны, очевидно, довольно слабо, и могут поворачиваться
друг относительно друга. С самого начала дробление асинхрон-
ное. Очень рано по сравнению с низшими позвоночными и бес-
позвоночными — уже на стадии 2—4 бластомеров — начинает
функционировать геном зародыша, и со стадии 8 клеток транс-
ляция белков идет полностью на зародышевых, а не на материн-
ских матрицах. Для млекопитающих характерно также раннее
образование плотных контактов между бластомерами — их
КО(М п а ктиз а ци я. В результате дробления образуется плот-
ная морула (стерробластула).
В стерробластуле очень скоро (у. зародышей мыши — на
стадии 16 бластомеров) выделяется слой светлых наружных
клеток и более темная плотная масса внутренних клеток
(рис. 57, А). Из наружного слоя впоследствии развивается вне-
зародышевая ткань — трофобласт, а из внутренней массы
(зародышевого узелка) — сам зародыш. Для млекопи-
тающих, таким образом, характерно то, что разделение клеточ-
ного материала на зародышевую и внезародышевую части про-
исходит значительно раньше, чем у низших амниот — уже в
раннем дроблении.
Это не означает, что дробление млекопитающих можно в
какой-либо степени уподобить мозаичному дроблению ряда пер-
вичноротых (гл. 4), тоже связанному, как мы видели, с ранней
дифференцировкой бластомеров. У млекопитающих на рассмат-
риваемых стадиях судьба каждого из бластомеров еще не детер-
минирована и может быть экспериментально изменена. Напри-
мер, если у зародыша мыши взять один бластомер на стадии
4 бластомеров и поместить его на поверхность другого зароды-
ша, то из пересаженного бластомера разовьется трофобласт, а
если такой же бластомер поместить внутрь — он войдет в со-
став зародышевого узелка и образует впоследствии часть тела
зародыша. Этот опыт — яркий пример зависимости судьбы бла-
стомера от его положения.
Вскоре (у мыши — на стадии 32 бластомеров) в зародыше
возникает обширная полость, заполненная выделенйями клеток
трофобласта. На этой стадии зародыш называется бластоци-
стой (рис. 57, Б, 58, А).
127
Вслед за этим в зародышевом узелке обособляется внутрен-
ний, обращенный в полость бластоцисты слой. Его называют
либо энтодермой, либо гипобластом (рис. 58, Б, гп). Он вполне
гомологичен гипобласту зародышей птиц. Эта гомология под-
крепляется еще и тем, что краевые клетки гипобласта распро-
страняются по внутренней поверхности трофобласта, образуя
стенку полости, называемой желточным мешком (рис. 59, 60,
ж.й). Желтка в нем, конечно, нет, но по способу образования
он гомологичен желточному мешку птиц и рептилий, и его воз-
никновение у млекопитающих следует считать ярким примером
рекапитуляции — проявления черт развития эволюционных
предков.
Одновременно с образованием желточного мешка или вско-
ре вслед за этим начинает формироваться полость амниона
(рис. 59). Лишь у немногих млекопитающих она образуется при-
мерно так же, как у низших амниот, т. е. путем смыкания краев
трофобласта над зародышевым узелком (рис. 59, А). У большин-
ства видов млекопитающих полость амниона возникает иначе —
кавитационным или шизоцельным путем, т. е. благодаря
расхождению клеток зародышевого узелка (рис. 59, Б—Г). Дно
Рис. 57. Морула (А) и бластоциста (Б) летучей мыши: з. у.— зародыше-
вый узелок, тр. — трофобласт (по Ван Бенедену)
полости амниона (примыкающее к гипобласту) представляет со-
бой зародышевый щиток (иногда он сильно изогнут — рис. 59,
Г), а крыша гомологична амниотической оболочке (гомологом
серозной оболочки следует считать трофобласт).
Сам зародыш развивается из зародышевого щитка, подоб-
но развитию зародыша у низших амниот (проходя через стадии
первичной полоски, первичной бороздки с гензеновским узелком
128
приматов аналогичная закладка
Рис.
Б
58. Формирование гипобласта в бла*
стоцисте обезьяны:
А — общий вид; Б — зародышевый узелок
под большим увеличением, гп — гипобласт,
тр — трофобласт (по Хейзеру и Штрит-
теру)
и так далее). У некоторых млекопитающих (летучие мыши, мор-
ские свинки) возникает, как у рептилий, мезодермальный мешо-
чек; у других, как у птиц, вперед от гензеновского узелка растет
плотный хордальный вырост без полости внутри.
После образования первичной полоски часть выселившихся
из не.е мезодермальных клеток проникает в пространство между
трофобластом и стенкой желточного мешка и дает начало вне-
зародышевой мезодерме. У
(первичная мезенхима) фор-
мируется еще раньше, од-
новременно с трофобластом
и независимо от еще не обо-
собившегося к этому време-
ни зародышевого щитка.
В массе внезародышевой
мезодер м ы (мез енхи м ы)
возникают лакуны, которые
затем сливаются между со-
бой, образуя полость внеза-
родышевого целома (рис. 59,
60, э. ц.). В трофобласте
развиваются к этому време-
ни многочисленные выро-
сты — первичные вор-
синки,
врастают клетки
дышевой
зенхимы),
кровеносные сосуды. Вор-
синки трофобласта с врос-
шими в них кровеносными
сосудами называются вто-
ричными ворсинками,
а сам трофобласт с вторич-
ными ворсинками — хори-
оном (рис. 60).
Несколько позже у за-
родышей млекопитающих
развивается образование, сходное с аллантоисом; иногда его назы-
вают аллантоидной ножкой (рис. 60, алл). Она построена исклю-
чительно из внезародышевой мезодермы и богата кровеносными
сосудами, подрастающими изнутри к ворсинкам хориона.
И вторичные ворсинки хориона, и аллантоидная ножка
представляют собой важнейшие эмбриональные приспособления,
необходимые для установления связи между кровеносными си-
стемами плода и матери. Эта связь осуществляется благодаря
имплантации зародыша в стенку матки, к рассмотрению чего мы
и переходим.
в которые затем
внезаро-
мезодермы (ме-
образуя
там
129
Имплантация и типы плацент
Характернейшее свойство развития высших млекопитаю-
щих — более или менее плотное соединение зародыша со стен-
кой матки, устанавливающееся через несколько дней после на-
чала развития (у мыши на 6-е сутки, у человека — на 7-е сут-
ки), когда зародыш находится на стадии бластоцисты. В основе
этого процесса, называемого имплантацией, лежит погруже-
ние вторичных .ворсинок хориона в стенку матки. В результате
образуется особый орган — плацента, имеющий зародышевую
часть — ворсинки хориона — и материнскую часть — более или
менее измененную стенку матки. К зародышевой части плаценты
можно отнести также и аллантоидальную ножку, которая имеет
Рис. 59. Схематическое изображе-
ние соотношений зародышевых и
внезародышевых частей у раз-
личных млекопитающих — земле-
ройки (А), летучей мыши (Б),
человека (В) и мыши (Г):
амн. п — амниотическая полость,
алл — аллантоис, ж. м.— желточ-
ный мешок, э. ц.— экзоцелом (по
Балинскому)
Рис. 60. Схематическое изображение
зародыша млекопитающего с эмбрио-
нальной плацентой:
алл — аллантоис, ам — амниотическая
оболочка, амн. п.— амниотическая по-
лость, ж. м.— желточный мешок, х —
хорион, в — ворсинки хориона, вн.
мез.—внезародышевая мезодерма, э. ц.—
экзоцелом (по Балинскому)
особое значение для кровоснабжения плода у низших млекопи-
тающих (сумчатые), где /материнская часть плаценты нераз-
вита.
У высших млекопитающих по глубине погружения ворсинок
хориона зародыша и степени их проникновения в слизистую обо-
лочку матки различают следующие типы плацент:
Полуплацента (встречается у свиньи^ лошади, бегемо-
130
та, верблюда, лемуров и китообразных) характеризуется тем,
что ворсинки хориона не прободают даже эпителиальной вы-
стилки матки, а лишь погружаются в складки ее слизистой обо-
лочки, как пальцы в перчатку.
Десмохориальная плацента (у жвачных) устроена
так, что ворсинки хориона в месте контакта разрушают слизи-
стую оболочку матки и внедряются в ее соединительнотканный
слой, но йе достигают стенок кровеносных сосудов матки.
Эндотелиохориальная плацента (у хищных) ха-
рактеризуется уже установлением контакта между сосудами
плода и матери; ворсинки хориона проникают через весь соеди-
нительнотканный слой матки и отделяются от ее сосудов только
эндотелиальной стенкой последних — откуда и название этого
типа плаценты.
И наконец, наиболее тесная связь сосудов плода и матери
осуществляется в гемохориальной плаценте приматов.
Здесь ворсинки хориона прободают также и эндотелий крове-
носных сосудов слизистой оболочки матки и погружаются в кро-
вяные лакуны, заполненные кровью матери. Таким образом,
кровь плода отделена от крови матери лишь тонкой наружной
оболочкой хориона и стенками капиллярных сосудов самого за-
родыша. Установлено, что клетки ворсинок хориона активно за-
глатывают путем пиноцитоза целые капельки крови матери. Тем
не менее существует плацентарный барьер, препятствующий
проникновению в кровяное русло плода некоторых вредных для
него веществ. Исследование плацентарного барьера — одна из
важнейших медицинских проблем.
Гормональная регуляция паловых циклов млекопитающих
У млекопитающих выработалась сложная система гормо-
нальной регуляции полового цикла, необходимая для нормаль-
ного протекания беременности. Мы опишем ее лишь в самых об-
щих чертах.
Замкнутый круг регуляции устанавливается уже на уровне
взаимодействия яичника и плода, но в масштабах целого орга-
низма этот регуляционный цикл запускается и управляется пери-
одическими подъемами концентрации трех различных гонадо-
тропных гормонов, выделяемых гипофизом. Они влияют
на последние стадии роста фолликула, на овуляцию, т. е. на вы-
ход яйцеклетки из Граафова пузырька, и на превращение фол-
ликула в тЭк называемое желтое тело. На уровне яичника ос-
новной эндокринной железой становится фолликул: ввиду
алецитальности яиц млекопитающих это стало одной из его ос-
новных функций. Превратившись в Граафов пузырек, фолликул
выделяет эстроген — гормон, вызывающий предимплантаци-
онные изменения в слизистой оболочке матки, сводящиеся
131
прежде всего к усиленной пролиферации ее клеток. Если после
овуляции произошло оплодотворение, то на место фолликула
развивается действующая вб время всей беременности эндо-
кринная железа — желтое тело. Это превращение происходит
под влиянием гонадотропного гормона х о р и о г о н и н а, выде-
ляемого хорионом зародыша. Этот же гормон впоследствии под-
держивает желтое тело в функционирующем состоянии. Желтое
тело, в свою очередь, выделяет прогестерон — гормон, вы-
зывающий разнообразные постовуляционные изменения слизи-
стой матки. Вначале он разрыхляет слой*матки, способствуя им-
плантации; позже он подавляет сокращения мышц матки,
препятствуя преждевременному прекращению беременности. На
более поздних стадиях беременности основной эндокринной же-
лезой, независимой от гормонов матери, становится плацента.
На этих стадиях даже удаление гипофиза уже не может пре-
рвать беременности.
ЛИТЕРАТУРА
Заварзин А. А. Краткое руководство по эмбриологии человека и по-
звоночных животных. Л., 1935.
Кнорре А. Г. Краткий очерк эмбриологии человека с элементами об-
щей, сравнительной и экспериментальной эмбриологии. Л., Медгиз, 1959.
Глава 8
ФОРМИРОВАНИЕ ОРГАНОВ
Морфологическая дифференцировка головного
мозга и глаз позвоночных. — Развитие парных
конечностей позвоночных. — Органогенетические
процессы в мезодерме. — Морфологические пре-
образования и клеточные процессы, лежащие в
основе органогенезов. — Формообразующая роль
гибели клеток. — Формообразующая роль кле-
точного размножения. — Формообразующая роль
клеточных движений. — Что определяет направ-
ление клеточных движений? — Избирательная
сортировка клеток. — Межзачатковые индукци-
онные воздействия. — Межтканевые взаимодей-
ствия. — Морфогенетическое значение скопле-
ния — распластывания клеток. — Степень инструк-
тивности индукционных воздействий. — Целост-
ный характер детерминации зачатков органов
После завершения гаструляционных движений зародыш при-
ступает к построению отдельных систем своих органов — к ор-
ганогенезам. Если формирование центральной нервной
системы позвоночных связано, как мы видели, с морфологиче-
скими перестройками, охватывающими почти весь зародыш, то
дальнейшие '0|рганагенезы представляют собой более местные
процессы. Зародыш постепенно разбивается на относительно не-
зависимо развивающиеся системы, которые и превращаются в
органы пли части тела. Подробное описание органогенезов со-
ставляет содержание так называемой частной эмбриологии.
В машем кратком .курсе мы рассмотрим лишь некоторые общие
закономерности формирования органов.
Прежде всего хотелось бы подчеркнуть замечательное, да-
леко не тривиальное стремление развивающихся систем к р а с-
членению на дискретные отдельности. Иногда это членение
невидимо и выявляется лишь специальными методами исследо-
ваний. Например, пометив особыми генетическими способами
группу клеток зачатка крыла насекомых, обнаружили, что, на-
чиная с некоторой стадии развития, потомкам данной группы
как бы запрещается пересекать невидимую линию, разделяющую
крыло. Зачаток крыла оказывается разбитым на два «к о м-
партмента», клеточные популяции которых не перемешива-
133
ются. Позже зачаток крыла (а также и других органов насеко-
мых) подразделяется и на более дробные компартменты.
Аналогичные в принципе процессы происходят и в развитии
позвоночных. Тенденция эмбриональных тканей к расчленению
на зачатки органов оказывается даже сильнее, чем тенденция к
восстановлению их нормального пространственного расположе-
ния (т. е. к эмбриональным регуляциям). Например, если рас-
сыпать на отдельные клетки головной мозг зародыша тритона
и затем смешать эти клетки, то из клеточной смеси разовьются
зачатки легко узнаваемых органов (глаз, внутреннего уха, ор-
гана обоняния и т. п.), но расположенных в полном беспорядке.
Прежде чем познакомиться подробнее с закономерностями
органогенезов, рассмотрим некоторые их примеры.
Морфологическая дифференцировка головного мозга
и глаз позвоночных
Как мы уже знаем, головной мозг позвоночных формируется
из расширенного переднего отдела нервной трубки. Вскоре пос-
ле завершения нейруляции передний отдел, в свою очередь, под-
разделяется на |р.яд других; это расчленение особенно хорошо
видно у зародышей амниот. Возникшие подразделения представ-
ляют собой вздутия нервной трубки, разделенные перетяжками;
они называются мозговыми пузырями. Принято, до некоторой
степени условно, различать две последовательные стадии рас-
членения эмбрионального головного мозга, или «первичного
мозгового пузыря»: 1) стадию трех мозговых пузырей (prosen-
cephalon, mesencephalon, rhombencephalon — рис. 52, А, 61, А);
2) стадию пяти мозговых пузырей (рис. 61, Б). Вторая стадия
возникает в результате разделения prosencephalon на telencepha-
lon и diencephalon и разделения rhombencephalon на metencepha-
lon и myelencephalon; средний мозговой пузырь остается нерас-
члененным. Telencephalon превратится в передний мозг, особен-
но сильно развитый у высших позвоночных, diencephalon — в
промежуточный мозг, mesencephalon — в средний, metencepha-
lon — в задний (мозжечок) и myelencephalon в продолговатый.
У высших позвоночных происходят, кроме того, очень резкие из-
гибы эмбрионального головного мозга в сагиттальной плоско-
сти — теменной и затылочной, обращенные в вентральную сто-
рону, и противоположно направленный мостовой изгиб. Теменной
изгиб расположен в области среднего мозга (как раз над перед-
ней оконечностью хорды), мостовой изгиб — в области заднего
мозга и затылочный — в области продолговатого мозга.
Глаза позвоночных образуются из боковых выступов эм-
брионального промежуточного мозга (т. е. из diencephalon; см.
рис. 52 гл. п.). По мере развития эти выступы — глазные пу-
зыри — все более отшнуровываются от промежуточного мозга,
но никогда полностью от него не отделяются, а остаются соеди-
134
ненными узким каналом — глазным стебельком. Зачаток глаза
при этом сильно меняет свою форму: его внешняя и внутренняя
стенки сближаются, так что вошедший в зачаток участок нев-
роцеля превращается в тонкую щель и в конце концов полно-
стью исчезает; обе стенки глаза изгибаются так, что глаз на
глазном стебельке начинает напоминать бокал на ножке или же
суповую ложку на ручке. Эта стадия получила название глаз-
ной чаши или .глазного бокала (|рис. 62). С этого момента
развития бывшую внешнюю (обращенную к покровам тела) стен-
ку зачатка называют внутренним Листком бокала, а бывшую внут-
реннюю — наружным листком. Внутренний листок бокала со-
Рис. 61. Развитие головного мозга высших позвоночных:
А — стадия трех мозговых пузырей, вид сверху (по Балинскому, 1965);
Б — головной мозг на сагиттальном разрезе. Pros — prosencephalon, mes-
mesencephalon, rh — rhombencephalon, T — telencephalon, D — diencepha-
lon, M— mesencephalon, Mt — metencephalon, Ml — myelencephalon, (no
Купферу)
храняет многослойность; из него развивается светочувствитель-
ная часть глаза — сетчатка. Наружный листок, напротив,
истончается и превращается в плоский эпителий. Из него раз-
вивается пигментный эпителий глаза (рис. 63, А. В. Е,
п. э.).
При развитии глаза в него включаются элементы, возникшие
из совершенно различных эмбриональных зачатков. Глазной пу-
зырь вначале плотно примыкает к наружному эктодермальному
эпителию. Когда глазной пузырь превращается в глазной бокал,
прилежащий к нему участок эпителия утолщается и превра-
щается из плоского в столбчатый (рис. 63, А, х. п.). По мере
впячивания глазного бокала утолщенная часть эпителия впячи-
135
вается вслед за ним (рис. 63, Б, х. п.), а затем полностью ov
шнуровывается от покровного эпителия. Возникает хрустали-
ковый пузырек — зачаток глазного хрусталика (рис. 63,В).
Затем клетки его внутреннего, обращенного к сетчатке, слоя
сильно вытягиваются и превращаются в светопреломляющие
хрусталиковые волокна (рис. 63, Г, Д, х. >в.), а клетки
внешнего слоя сохраняют свойства эмбрионального хрусталико-
Рис. 62. Стадия глазного бокала у
куриного зародыша:
пр. м — полость промежуточного
мозга, с — зачаток сетчатки, п — за-
чаток пигментного эпителия, хр—
зачаток хрусталика (по Гурвичу)
вого эпителия (рис. 63, Д, х.
э.). Их них постепенно возника-
ют новые хрусталиковые волок-
на. Эти преобразования, впро-
чем, относятся к явлениям кле-
точной дифференцировки, кото-
рые мы будем рассматривать
позже.
Расположенный над хруста-
ликом покровный эпителий тоже
испытывает сложные гистологи-
ческие изменения, приводящие к
тому, что он истончается, теряет
пигмент и становится прозрач-
ным. Из него образуется рогови-
ца глаза (рис. 63, Е, р).
Наконец, в построении глаза
участвуют и клетки эмбриональ-
ной мезенхимы — отдельные по-
движные клетки, располо-
женные между покровным и нейтральным эпителиями (рис. 63,
Г—Е, мез). Они произошли, частично, из среднего зародышево-
го листка — мезодермы, но, главным образом, из так называе-
мого нервного гребня, о котором речь пойдет ниже. Эти
клетки образуют сосудистую оболочку глаза, т. е. облегающие
его кровеносные сосуды, а также склеру — опорную оболочку
глазного яблока.
Развитие парных конечностей позвоночных
Парные конечности позвоночных животных закладываются
в виде бугорков (почек конечности), накрытых сверху обычным
покровным эпителием, а внутри состоящих из скопления клеток,
выселившихся ранее из париетального листка боковой пластин-
ки. Вскоре почка конечности приобретает определенную форму и
ориентацию относительно осей тела животного; например, почка
передней конечности зародыша амфибий направляется своей
вершиной назад и вниз. Покровный эпителий, одевающий почку
конечности, утолщается и становится двуслойным. Затем начи-
наются довольно сложные изменения формы на верхушке ко-
136
Рис. 63. Последовательные стадии (А—Е) формирования хруста-
лика и дифференцировки глазного бокала у хвостатой амфибии:
с — сетчатка, р — роговица, х. п.— хрусталиковая плакода, х. э.—
хрусталиковый эпителий, х. в.— хрусталиковые волокна, п. э.— пиг-
ментный эпителий, мез — мезенхима (по Раблю)
вечности: она уплощается и становится похожей на лопаточку.
У зародышей птиц зачаток крыла уплощается, естественно, силь-
нее, чем зачаток ноги. В формировании этого уплощения основ-
ную роль играет покровный эпителий. Между тем мезенхима
почки конечности дифференцируется в хрящи. В зачатке перед-
ней конечности развиваются хрящи плечевого пояса, предплечья
(локтевой и лучевой), запястья (здесь около £ хрящей различ-
ной формы) и, наконец, хрящи пальцевых фаланг. Соответствен-
ные им хрящи возникают в задней конечности. Образование
хряща начинается со сгущения мехензимных клеток, которые
после этого приступают к синтезированию и выделению вещест-
ва хряща. Позже мы коснемся взаимодействий мезенхимы и по-
кровного эпителия в ходе развития конечности.
Органогенетические процессы в мезодерме
Примером органогенетических процессов в мезодерме слу-
жит образование и дифференцировка мезодермальных сомитов.
Рассмотрим, как это происходит, на стримере куриного зароды-
ша (рис. 52, 54).
Сомиты возникают последовательно в передне-заднем на-
правлении (рис. 52, сом). Еще не подразделившаяся на сомиты
мезодерма представляет собой массу мезенхимных клеток с мно-
гочисленными отростками. При образовании очередного сомита
клетки его будущей стенки подравниваются, поляризуются, пло-
щадь контактов между их боковыми стенками возрастает. Таким
образом, мезодермальные клетки стенки сомита образуют неко-
торое подобие эпителия, хотя и недолговечного. В то же время
клетки, оказавшиеся внутри стенок сомита, не только не поляри-
зуются, но, напротив, утрачивают всякие контакты друг с дру-
гом. Следовательно, формирование сомита связано с дифферен-
цировкой вначале однородных клеток по характеру их контак-
тов, и эта дифференцировка отражается на их последующей
судьбе. А именно, клетки внешней (примыкающей к покровной
энтодерме) стенки сомита образуют впоследствии кожную
пластинку, или дерматом (рис. 54, А, дт). Из него впо-
следствии выселяются соединительнотканные клетки кожи. Клет-
ки внутренней части сомита образуют склер от ом, или скелет-
ный зачаток (рис. 54, А, ст). Из этих клеток впоследствии
образуются хрящевые тела позвонков. Несколько позже выде-
ляется группа клеток, лежащих на внутренней поверхности дер-
матома, между ним и склеротомом. Это миобласты, или клетки
ми ото мо в, образующие впоследствии всю полеречно-полосатую
мускулатуру (рис. 54, А, мт). К дифференцировке клеток соми-
тов мы еще вернемся в следующей главе.
С латеральной стороны каждый сомит граничит с так назы-
ваемой сегментной, или сомитной ножкой, которые об-
разуют органы выделения и половые протоки. Процесс этот
138
весьма сложен и в самых общих чертах сводится к следующему.
Сегментные ножки образуют выросты в дорсальном направле-
нии, которые затем загибаются назад и сливаются друг с другом
в парные протоки, лежащие слева и справа вдоль оси тела. Это
вольфовы протоки, или первичные мочеточники. С лате-
ральной стороны сегментные ножки открываются в полость те-
ла (целом), т. е. в пространство между париетальным и висце-
ральным листком мезодермы. Данные отверстия превращаются
затем в воронки (нефростомы), покрытые изнутри ресничка-
ми. Воронки и сегментные ножки передних 3—5 сомитов курино-
го зародыша образуют головную почку, или пронефрос.. Из
следующих за ними более задних сегментов сходным образом
развивается первичная почка, или мезонефрос. У амниот ни
одна из этих почек не функционирует во взрослом состоянии,
тогда как у большинства анамний функционирует мезонефрос.
Орган выделения, функционирующий у амниот — тазовая поч-
ка, или метанефрос, — формируется в еще более заднем
отделе тела из несегментированной клеточной массы — неф-
рогенной мезенхимы и проникающего в нее выроста
вольфова протока (превращающегося в мочеточник). Мочевые
канальцы тазовой почки образуются в результате расхождения
мезенхимных клеток стенки будущего канальца. Эти клетки
приобретают эпителиальный характер, т. е. они поляризуются и
-возрастают контакты между их боковыми поверхностями. Как
мы позже увидим, формирование мочевых канальцев из нефро-
генной мезенхимы есть результат внешних индукционных воз-
действий (в норме исходящих, очевидно, от выроста вольфова
протока). Параллельно вольфовым протокам или непосредствен-
но из них развиваются мюллеровы протоки, образующие
у самок яйцеводы, а у самцов представленные незначительными
рудиментами.
Морфологические преобразования и клеточные процессы,
лежащие в основе органогенезов
Попытаемся теперь выделить морфологические преобразова-
ния, которые чаще всего встречаются в органогенезах, а затем
разберем, из каких клеточных процессов они складываются.
При развитии органов из эпителиальных пластов самый ти-
пичный процесс — изгиб клеточного пласта; к последователь-
ным изгибам сводится, по сути дела, все формообразование цен-
тральной нервной системы, пищеварительных органов и некото-
рых других.
Следующим часто встречающимся морфогенетическим про-
цессом служит утолщение некоторого участка эпителиально-
го пласта; утолщенные участки эпителиев называются плако-
дами. Из плакод развиваются органы обоняния и слуха, хру-
сталик глаза, некоторые ротовые придатки. В мезодермальных
139
закладках происходит аналогичный процесс — сгущение (по-
вышение плотности) мезенхимных клеток, предшествующее, на-
пример, закладке хрящей или хорды. Процесс, Противоположный
сгущению, — кавитация, или (что то же самое) шизоцельное
образование клеточных полостей. Некоторые примеры кавита-
ции нам знакомы: формирование полости амниона в зародыше-
вом узелке многих млекопитающих или только что упомянутых
почечных канальцев. Таким же 'способом у очень многих форм
образуются целомические полости.
Какие же элементы клеточного поведения лежат в основе
этих морфопроцессов? Мы знаем, что эмбриональные клетки мо-
гут размножаться и передвигаться: могут они, в интересах цело-
го, и погибать. Рассмотрим поочередно роль всех этих процессов.
Формообразующая роль гибели клеток
Некоторую, хотя и ограниченную, роль в формообразовании
может играть гибель клеток. Пальцевые фаланги у птиц и мле-
копитающих разъединяются потому, что кдетки в промежутках
между ними гибнут. Известны мутантные расы млекопитающих,
у которых гибели клеток не происходит; фаланги у них остаются
неразъединенными. Возможно, что гибель клеток участвует и в
образовании полостей и канальцев. Однако в целом процессы
гибели лишь «дорисовывают» ранее намеченное. Так, гибель
межфаланговых клеток происходит уже после того, как сформи-
ровались хрящи фаланг и покровный эпителий соответствую-
щим образом подразделился.
Формообразующая роль клеточного размножения
Размножение клеток — непременная предпосылка органо-
генетических процессов. Однако почти никогда клеточное раз-
множение не участвует непосредственно в придании зачатку оп-
ределенной формы. Например, во многих зачатках, особенно в
мезенхимных (но также и в эпителиальных), делящиеся клетки
расположены довольно беспорядочно; нередко встречаются
«эпидемии» митозов, и тогда клеточное расположение утрачивает
всякую правильность; лишь позже, в промежутках между деле-
ниями, форма зачатка в результате перераспределения его кле-
ток становится определенной. В зачатке головного мозга деления
клеток сосредоточены исключительно в том слое стенки, кото-
рый прилежит к полости невроцеля. Очевидно, что если бы
клетки оттуда никуда не уходили, именно этот слой преимуще-
ственно бы растягивался и стремился бы стать выпуклым, так
что стенка головного мозга вдавливалась бы внутрь. Поскольку
же стенка наоборот образует ряд выпячиваний, очевидно, что
формирование мозговых пузырей требует оттока клеток из золы
140
размножения к выпуклой стороне пласта, иными словами, —
движений клеток в толще пласта. Так оно и есть на самом деле.
Формообразующая роль клеточных движений
В органогенетических процессах участвуют всевозможные
типы клеточных движений. Некоторые из них лишь «поставля-
ют» клеточный материал в те или иные районы зародыша. Та-
ковы, например, движения клеток из области нервного греб-
н я. Нервный гребень образуется из клеток нервных валиков и
располагается в дорсальной части нервной трубки, действитель-
но напоминая птичий гребень. Однако структура эта быстро рас-
падается, и клетки из нее мигрируют по различным направле-
ниям. Часть из них сохраняет свойства нервных клеток и обра-
зует сд и« а л ь'н ы е нервные ганглии, расположенные
поблизости от нервной трубки. Другие оседают в области по-
чек, образуя так называемые хромаффинные клетки надпочеч-
ников. Третьи расползаются под покровами всего тела и превра-
щаются в пигментные клетки. Четвертые, наконец, смещаются
в область головы и строят там висцеральный скелет, т. е. хря-
щи жаберных дуг и их производных. Часть из них участвует в
построении склеры глаза, окологлазничных хрящей и глазодви-
гательных мышц. Из сказанного видно, что нейральные по свое-
му происхождению клетки проявляют даже потенции другого
зародышевого листка — мезодермы, формируя хрящевые и, воз-
можно, мышечные клетки.
Непосредственно формообразование органов определяется
более близкими клеточными движениями. Это уже знакомые
нам движения сгущения — разрежения клеток, а также движе-
ния, связанные с увеличением поверхности межклеточных кон-
тактов. К этим процессам сводится уже известная нам эпители-
зация мезенхимы, а также утолщения и изгибы клеточных пла-
стов при формировании плакод (слуховой, обонятельной, хру-
сталиковой и других).
Что определяет направление клеточных движений?
В биологии высказывались на этот счет гипотезы двух ти-
пов: о некоторых дистантных (передающихся на расстоя-
ние) воздействиях на клетки и о воздействиях контактных.
К первым мог бы относиться хемотаксис (движение клеток
вверх или вниз по градиенту концентрации некоторого вещества).
Однако такие механизмы достоверно показаны лишь для неко-
торых категорий специализированных клеток — гоноцитов
(гл. 2), сперматозоидов немногих видов (гл. 3), а также неко-
торых клеток крови. Наконец, такой же механизм действует в
жизненном цикле акразиевых грибов. Эти крайне своеоб-
разные низшие организмы собираются из отдельных микс-
141
амеб, привлекаемых веществами, выделяемыми другими микс-
амебами (так называемыми инициаторами). По-видимому,
миксамебы-инициаторы продуцируют циклическую аденозин-
монофосфорную кислоту (цАМФ). Что же касается эмбриональных
клеток многоклеточных', то ни одного достоверного случая хемо-
таксиса для них не показано, и по многим соображениям он здесь
маловероятен. Значительно перспективнее гипотезы контактных
взаимодействий клеток, особенно — взаимодействий клеток со
структурированным субстратом. Начало этим работам положил
В. Вейсс (Weiss) в конце 20-х годов нашего столетия. Он выса-
дил культуру эмбриональных соединительнотканных клеток
(фибробластов) на каплю кровяной плазмы, растянутую между
сторонами стеклянного треугольника. По законам физики, наи-
большая сила поверхностного натяжения действует по направ-
лениям, соединяющим центр пленки с серединами сторон стек-
лянного треугольника, а наименьшая — по линиям, соединяющим
центр пленки с углами треугольника. Помещенные на каплю
фибробласты не остались безучастными к расположению линий
натяжения: они расползлись к серединам сторон треугольника,
т. е. по линиям наибольшего натяжения субстрата. Вейсс сделал
далее правильный вывод: важны не сами по себе линии натя-
жения, а ориентированные вдоль них частицы (мицеллы) кро-
вяной плазмы. Ориентировку именно этих микроструктур «ощу-
щали» фибробласты и двигались вдоль них. Так же вели себя
фибробласты, выселенные на твердую микроструктурированную
подложку, например, на рыбью чешую: они ориентировались и
двигались вдоль структур. На неструктурированной подложке,
например, на ненатянутой пленке фибробласты ориентировались
беспорядочно.
Долгое время казалось, что открытое Вейссом явление, на-
званное им contact guidance (на русский обычно переводится
как «контактная ориентировка», хотя точнее было бы «контакт-
ное ведение», от guide — проводник), имеет значение лишь для
ограниченного круга сравнительно поздних эмбриональных про-
цессов — например, для дальних миграций эмбриональных
клеток вдоль соединительнотканных волокон или поверхностей
других органов., Действительно, по-видимому, именно так дви-
гаются клетки нерв.но1ро гребня и мезенхимные клетки закладки
эндокарда сердца куриного зародыша. С тех же позиций Вейсс
объясняет рост нервных окончаний. Хорошо известно, что аффе-
рентные или эфферентные нервные волокна проходят часто
длинный путь по различным тканям от нервного центра, откуда
они растут, к рецептору или эффектору, и «узнают» их. Расту-
щие волокна не «ошибаются» и при пересадке иннервируемых
органов в необычные места: они, как правило, находят свой ор-
ган, изменяя для этого обычный путь своего следования. Пред-
ложено несколько гипотез для объяснения роста нервных воло-
кон (в их числе химическая, допускающая механизмы хемотак-
142
тического типа), но наиболее убедительное объяснение исходит
из того, что нервное окончание растет по микроструктурам суб-
страта. Во всяком случае в культуре тканей нервные окончания
растут именно по этому принципу.
Но применим ли принцип контактной ориентировки к основ-
ным формообразовательным движением, не связанным с ми-
грацией по внешнему субстрату? По-видимому, да: в этом слу-
чает субстратом для движения и поляризации практически лю-
бой эмбриональной клетки может оказаться соседняя с ней
клетка, если оболочка последней будет достаточно натянута.
А так как поверхность направленно движущейся клетки сама,
в свою очередь, вытягивается, то она служит субстратом для
движения и поляризации следующей за ней клетки и так далее.
Можно надеяться, что различные типы контактной поляризации
клеток будут объяснены на этой основе.
Избирательная сортировка клеток
В 30-х годах XX в. И. Гольтфретер (Holtfreter) ставил опы-
ты по смешиванию рассыпанных перед этим клеток различных
зародышевых листков амфибий. Клетки вначале смешивались
беспорядочно и устанавливали случайные контакты друг с дру-
гом. Затем, однако, происходило удивительное явление, получив-
шее название избирательной сортировки, или сегрегации кле-
ток: клетки одного листка отм вшивались от клеток другого ли-
стка и устанавливали контакты лишь с себе подобными, так что
клеточный агрегат вновь разделялся на зародышевые листки.
При этом иногда их взаимное расположение соответствовало
нормальному, а иногда оно было извращенным (рис. 64).
Работы Гольтфретера послужили толчком для многочислен-
ных аналогичных исследований, выполненных на самых разных
типах эмбриональных тканей. Некоторые авторы смешивали
клетки, в норме никогда не контактирующие друг с другом, на-
пример, клетки хряща и глазных зачатков. Всегда наблюдалась
сегрегация разнородных клеток и объединение однородных. Осо-
бенный интерес явления сегрегации стали вызывать, после того
как было обнаружено, что раковые клетки не способны сегреги-
роваться от нормальных. С этим связывают агрессивность ра-
ковых клеток, их способность активно проникать в самые раз-
личные чужеродные ткани.
Выдвинут ряд теорий, объясняющих эти явления. Большин-
ство авторов сходятся на том, что избирательная сортировка
клеток — процесс статистический. Клетки устанавливают внача-
ле неизбирательные контакты с любыми из своих соседей, но
контакты с гомологичными’ (подобными себе) клетками оказы-
ваются прочнее или же поверхность контакта — обширнее, не-
жели с чужеродными клетками. В результате постепенно и про-
исходит сортировка . разнородных клеток. Таким образом,
143
явления клеточной сортировки определяются контактными взаи-
модействиями.
В нормальном развитии подавляющего большинства жи-
вотных процессы клеточной сортировки редки, так как обычно
клетки сначала устанавливают свое окончательное взаиморас-
положение и уже потом согласно этому расположению диффе-
ренцируются. Но мы уже не раз говорили, что в ходе морфоге-
неза клетки не движутся с абсолютной точностью, и возможны
ошибки, когда друг возле друга оказываются клетки разнород-
ные. Тогда порядок наводится путем сортировки. Эти же меха-
низмы, вероятно, поддерживают структуру взрослых тканей; мы
уже говорили, что злокачественный рост связан с их утерей.
Но у многих губок процессы клеточной сортировки играют
в развитии не побочную, а центральную роль: у них, в противо-
положность остальным животным, сначала в толще эмбриональ-
Рис. 64. Различные примеры сортировки диссоциированных и перемешанных
эмбриональных клеток:
А —сортировка в комбинации энтодермальных (светлые) и эктодермальных
(темные) клеток; Б — сортировка мезодермальных клеток (внутри) и энто-
дермальных (снаружи); В — сортировка эпидермальных клеток (они ока-
зываются снаружи) и мезодермальных клеток (внутри агрегата); Г — сор-
тировка эктодермальных (темные), мезодермальных и энтодермальных
(светлые) клеток. Сверху вниз последовательные ' стадии сортировки (по
Таунсу, Гольтфретеру)
144
ной ткани в полном беспорядке дифференцируются различные
типы клеток, а находят свои окончательные места они позже,
проходя через процессы, сходные с клеточной сортировкой.
Межзачатковые индукционные воздействия
Теперь вернемся снова на уровень целых закладок. Еще не
зная тех формирующих их клеточных процессов, о которых мы
только что говорили, классики механики развития старались вы-
явить влияние более ранних зачатков на соседние с ними более
поздние. Первый объект, который был изучен с этой точки зре-
ния, — зачаток глаза. Основополагающий вклад сюда внес
Г. Шпеман примерно за 20 лет до открытия им же явления пер-
вичной эмбриональной индукции. Пересаживая зачаток глаза в
совершенно необычное место, например, под брюшною эктодер-
му зародыша, он наблюдал возникновение хрусталика из этой
местной эктодермы. Происходил процесс индукции хрусталика
из чужеродного материала. Компетентной к образованию хрус-
талика под влиянием глазной чаши оказалась почти вся эм-
бриональная эктодерма. Таким образом, удивительная коорди-
нация в развитии глаза и хрусталика может быть, хотя бы в
общих чертах, объяснена прямым индукционным воздействием
первого на второй. Некоторые исследователи отмечают и обрат-
ные влияния, но они во всяком случае гораздо слабее.
В развитии глазных зачатков описаны и другие индукцион-
ные связи. На более поздних стадиях развития глазная чаша и
даже взрослый глаз индуцирует преобразование кожи в рогови-
цу: будучи пересаженным в другое место, глаз вызывает про-
светление расположенного над ним участка кожи. Таким обра-
зом, компетенция кожи к перестройке в роговицу сохраняется и
во взрослом состоянии. В развитии ряда других органов можно
тоже проследить целые цепи последовательных «индукций»:
вторичные, третичные и т. п. Например, продолговатый мозг ин-
дуцирует развитие из прилегающей эктодермы зачатка внутрен-
него уха — слухового пузырька, а этот последний, как показал
в 1916 г. Д. П. Филатов, «собирает» вокруг себя мезенхимные
клетки и строит из них хрящевую капсулу.
С совершенствованием экспериментальной техники исследо-
вания индукционных воздействий перешли с уровня целых за-
чатков на уровень тканей, групп клеток и отдельных клеток.
Межтканевые взаимодействия
К воздействиям уже не межзачаткового, а межтканевого
уровня относится влияние мезенхимного окружения на диффе-
ренцировку глазного зачатка, исследованное Г. В. Лопашовым.
В ходе нормального развития внешняя стенка глазного бокала,
143
превращающаяся в пигментный эпителий, окружена мезенхим-
ными клетками, а внутренняя стенка, дифференцирующаяся в
сетчатку, лишена контактов с ними, так как вначале она плотно
примыкала к покровной эктодерме, и мезенхима туда не внедря-
лась. Оказалось, что эта корреляция отражает причинную связь:
любая часть глазного зачатка, изолированная от мезенхимы,
превращается в сетчатку; если глазной зачаток культивировать
в безмезенхимной среде, он становится многослойным и весь
превращается в сетчатку; и обратно, при контакте с мезенхимой
он распластывается в тонкий слой, целиком преобразующийся
в пигментный эпителий.
Сложные обоюдные взаимодействия выявлены между мезен-
химой и эпителием зачатка конечности. Вначале размножаю-
щаяся мезенхима побуждает эпителей верхушки конечности к
утолщению. Затем ведущая роль переходит в значительной мере
к эпителию: он определяет форму и характер расчленения ко-
нечности. Если пересадить эпителиальную «шапочку» от зачат-
ка крыла цыпленка на зачаток его же ноги, то вместо ноги
образуется крылоподобный зачаток. Если же удалить эпителий
конечности, то будет подавлено расчленение мезенхимы на хря-
щи. Влияние мезенхимы на дифференцировку эпителия показа-
но на примере многих желез пищеварительного тракта: слюн-
ной, поджелудочной, а также печени. Хотя протоки и ампулы
этих желез образуются из эктодермального эпителия, он не спо-
собен их построить в отсутствие окружающей мезенхимы.
Природа этих индукционных процессов исследована еще ме-
нее, чем природа первичной эмбриональной индукции. Возмож-
но, что описанные межорганные и межтканевые индукции
основаны не на свободной диффузии химических веществ-индук-
торов (как при первичной индукции), а на контактных взаимо-
действиях между клетками или иных процессах. Так, эмбриолог
Л. Саксен (Saxen), изучая индукционные -воздействия, необ-
ходимые для формирования почечных канальцев из нефроген-
ной мезенхимы, нашел, что для их осуществления необходим
тесный контакт между клеточными отростками индуктора и ре-
агирующей ткани. В норме индуктором здесь служит, как уже
говорилось, вырост вольфова протока, но в эксперименте оказа-
лось удобным использовать чужеродный индуктор, а именно
нервную трубку. По-видимому, только те клетки нефрогенной
мезенхимы, которые побывали в непосредственном 'контакте с
клетками индуктора, способны образовывать канальцы.
Описанные выше морфогенетические влияния мезенхимы на
эпителии слюнных, поджелудочной и других желез могут быть
по крайней мере отчасти связаны с тем, что мезенхима выделяет
волокнистый межклеточный белок — коллаген. Он не проникает
в эпителиальные клетки, а лишь подстилает их, способствуя, ве-
роятно, их поляризации. Дальнейшие изгибы и впячивания эпи-
телия могут рассматриваться как следствие этой поляризации,
146
Морфогенетическое значение скопления — распластывания
клеток
Мы уже говорили в гл. 4, что количество «соседей» данно-
го бластомера влияет на его будущую судьбу. Нечто подобное
происходит и на тканевом уровне. На различных объектах по-
казано, что клетки, находящиеся в трехмерном скоплении, диф-
ференцируются быстрее, чем в тонком, распластанном пласту.
Иногда скопление — распластывание меняет характер их диффе-
ренцировки. Так, клетки глазного зачатка в трехмерном скопле-
нии все дифференцируются в сетчатку, а будучи распластанны-
ми — в пигментный эпителий. Нетрудно видеть, что это поло-
жение наблюдается и в норме: скручивание глазного пузыря в
глазной бокал способствует сгущению клеток будущей сетчатки
и растяжению клеток будущего пигментного эпителия.
Механизм подобных влияний (иногда их называют «эффек-
том массы») неизвестен. Некоторые исследователи думают, что
здесь играют роль химические взаимодействия, например, об-
легчение или затруднение оттока продуктов метаболизма. Не ис-
ключены, однако, и различного рода контактные взаимодействия.
Степень инструктивности индукционных воздействий
Большинство исследователей, занимающихся процессами ин-
дукции, заняты поисками и выделением активных факторов, ко-
торые обычно мыслятся как химические вещества. Попытаемся
подойти к проблеме с более общей точки зрения и задать вопрос:
сколь точные и подробные «инструкции» (неважно, какого ро-
да — химические, контактные или какие-нибудь другие) пере-
дает индуктор в реагирующую ткань? Мы уже видели на приме-
ре первичной индукции, что мнение о полной определенности и
подробности таких инструкций далеко не всегда подтверждает-
ся. Вторичные индукционные процессы дают много дополни-
тельных аргументов такого же рода.
Замечательный в этом отношении опыт поставили Шпеман
и Шотте. Предварительно было установлено, что и у бесхвостых,
и у хвостатых амфибий внутренняя выстилка ротовой полости
является индуктором ротовых 'структур в накрывающей ее эк-
тодерме. Эти ротовые структуры в обоих классах амфибий от-
личаются по своему строению: у бесхвостых амфибий имеются
ряды роговых зубчиков, отсутствующие у хвостатых. Если уча-
сток брюшной эктодермы бесхвостых амфибий пересадить в об-
ласть рта зародыша того же вида, то в соответствии со сказан-
ным из нее разовьются ротовые зубчики. А что будет, если этот
же участок пересадить в область рта зародыша тритона? Если
индуктор действительно передает компетентной ткани подроб-
ные инструкции о пути ее развития, то из пересаженного участ-
ка должны возникнуть либо структуры рта тритона, либо —
147
если трансплантат не в состоянии воспринять стимул от чуже-
родного индуктора — вообще ничего. На самом деле получилось
третье — из брюшного эпителия зародыша лягушки, пересажен-
ного в область рта зародыша тритона, развились ротовые струк-
туры лягушки — ряды ротовых зубчиков. Это означает, что
реагирующая ткань «по-своему (в соответствии со своим видо-
вым генотипом) «прочитала» индукционные воздействия, а зна-
чит последние не содержат в себе строго однозначной инфор-
мации. Шпеман и Шотте назвали данный случай примером «аб-
страктной» индукции.
Аналогичные выводы следуют и из такого опыта: прокси-
мальная зона почки задней конечности цыпленка, т. е. та её
часть, которая в норме образовала бы хрящи бедра, была
пересажена под дистальный эпителий почки передней конечности
(крыла). Там она развилась в дистальный отдел, но не крыла,
а ноги, образовав стопу с развитыми фалангами пальцев. Мы
видим, что презумптивный материал бедра подвергся влия-
нию дистального эпителия крыла, образовав дистальные струк-
туры, но «прочитал» материал эти влияния по-своему, развив-
шись в структуры задней конечности (а не крыла). Опять-таки
влияние «индуктора» (дистального эпителия крыла) оказалось
«абстрактным».
Явная «неинструктивность» действия индукторов и обуслов-
ленность результата индукции природой,, реагирующего материа-
ла выявилась и в следующем известном опыте Б. И. Балинско-
го, поставленном в 1924 г. Слуховой пузырек зародыша тритона
(вокруг которого в области головы, как мы недавно видели, об-
разуется хрящевая капсула) был пересажен не в голову, а на
бок другому зародышу. И здесь вместо слуховой капсулы над
пузырьком неожиданно возникла дополнительная конечность.
Она была частично образована из перетянутого пузырьком мате-
риала нормальной конечности, частично — из местной боковой
мезенхимы. Очевидно, что слуховой пузырек, не имеющий с ко-
нечностью в норме ничего общего, не мог передать мезенхиме
или покровному эпителию сколько-нибудь подробных «инструк-
ций» о формировании конечности. Он просто вызвал сгущение
мезенхимных клеток, а последнее самоорганизовалось в конеч-
ность в результате внутренних взаимодействий.
Целостный характер детерминации зачатков органов
К таким же выводам приводят не только вышеизложенные,
несколько «экзотические» опыты, но и рассмотрение характе-
ра детерминации практически всех зачатков органов, по
меньшей мере у позвоночных животных.
Рассматривая данные по регуляциям ib раннем развитии, мы
видели, что если яйцеклетка в целом с самого начала генети-
чески детерминирована на развитие определенного организма,
148
то, за редкими исключениями, ни одна ее часть в отдельности
еще не детерминирована и может, в случае нарушения целостно-
сти яйцеклетки, изменить свою судьбу. То же самое можно ска-
зать о зачатке почти любого органа. Сначала зачаток проходит
фазу зависимой дифференцировки: именно в этот период его
судьба зависит от индукторов и прочих внешних относительно
него условий окружения. Затем наступает 'момент, когда он мо-
жет считаться -«в целом» детерминированным и вступает в фазу
независимой дифференцировки. Это обнаруживается по спо-
собности зачатка к полноценной дифференцировке при пересад-
ке в другое окружение. Такую способность зачатки приобретают
еще задолго до своей окончательной дифференцировки. Но де-
терминирована ли к этому времени судьба отдельных частей за-
чатка, вплоть до клеток? Для подавляющего большинства зачат-
ков на этот- вопрос надо ответить отрицательно. Действительно,
из уже детерминированной в целом нервной пластинки, зачатка
глаза, конечности можно удалить значительную часть материала
(например, у амфибий до 3/4 материала конечности) и тем не
менее из оставшейся части возникает целый и правильно орга-
низованный, хотя и меньших размеров, орган. То же самое по:
лучится после добавления к зачатку недетерминированного эм-
брионального материала или перемешивания его собственного
материала. Добавленный или перемешанный материал «ассими-
лируется», включается в состав органа, не исказив его структу-
ры. Например, мезенхиму почки конечности можно извлечь из-
под эпителия, рассыпать на клетки и в перемешанном виде
вновь имплантировать под него. После этого разовьется конеч-
ность нормальной структуры.
Подобных примеров можно привести много. Из них следует,
что зачатки подавляющего большинства органов, уже после то-
го как они «в целом» детерминированы и восприняли действие
индуктора, если таковой имелся, способны внутри себя к регу-
ляции после экспериментальных нарушений.
Сначала зачаток детерминируется как целое,
и с у д ь б ы о т д е л ь н ы х его частей еще можно пере-
определить; лишь позже детерминируются и эти последние.
Вывод о таком целостном характере детерминации можно счи-
тать одним из основных принципов эмбриологии, справедливым
не только для развития отдельных органов. Например, зароды-
шевые листки тоже сначала детерминируются как целое (экто-
дерма не способна превращаться в энтодерму, п наоборот), но
сохраняют внутри себя эквипотенциальность и лишь значитель-
но позже детерминируются «в подробностях». По такому же
пути (от общего и абстрактного к более частному) идет уже на
постэмбриональных стадиях развития формирование поведенче-
ских реакций высших животных. Такой путь детерминации
стал, по-видимому, важным эволюционным достижением и воз-
ник не сразу с появлением многоклеточности. Например, у губок
149
детерминируются сразу определенные типы клеток. Поэтому
применительно к ним нельзя говорить о зародышевых листках в
том смысле, в каком мы говорим о них у высших животных.
Возвращаясь к развитию органов, мы оказываемся перед
вопросом: как их отдельные клетки определяют в конце концов
свою окончательную судьбу? Очевидно, что для этого они дол-
жны ощущать свое положение в целом зачатке с помощью ка-
ких-то достаточно точных механизмов. Весьма вероятно, что эту
роль играют контактные взаимодействия между клетками, о ко-
торых мы уже много говорили. Но мы еще не понимаем, как
подобные близкие взаимодействия создают закономерную
структуру целого органа. Понять это — значит решить одну из
труднейших задач эмбриологии.
ЛИТЕРАТУРА
И б е р т Дж» Взаимодействующие системы в развитии. М., «Мир», 1968.
Уоддингтон К. Морфогенез и генетика. М., «Мир», 1964.
Лопашов Г. В. Что лежит в основе развития организма. М., «Знание».
1968.
Д ю к а р Э. Клеточные взаимодействия в развитии животных. М., «Мир»,
1978.
Глава 9
КЛЕТОЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА
Примеры дифференцировок. Дифференцировка
как синтез специфических белков. — Надмолеку-
лярные структуры дифференцированных клеток и
их функции. — Сведения о молекулярных меха-
низмах регуляции биосинтеза белков. — Пробле-
ма генетической эквивалентности ядер дифферен-
цированных клеток. — Регуляция биосинтеза на
транскрипционном уровне и дифференциальная
активность генов. — Возможности регуляции диф-
ференцировки на посттранскрипционных (постге-
нетических) уровнях. — Дифференцировка клеток
в целом организме. — Детерминация и трансде-
терминация в имагинальных дисках насекомых.
Понятие эпигенотипа
В этой главе речь пойдет о наиболее, пожалуй, сложных и
тонких процессах, совершающихся в развитии организма: о том,
как клетки приобретают стойкие внутренние различия между со-
бой. В гл. 1 мы именно так определили дифференцировку. Истин-
ная дифференцировка клеток — это не просто появление некото-
рых отличительных признаков между ними, но и выбор клеткой
своей будущей судьбы, которая лишк*в редких случаях может быть
изменена; в результате дифференцировки возникают определен-
ные устойчивые типы клеток. Таким образом, дифференцировка
почти всегда означает утерю способности к эмбриональным регу-
ляциям, описанным в гл. 6. Познакомимся с некоторыми типами
дифференцировок.
Примеры дифференцировок. Дифференцировка как синтез
специфических белков
Мы уже знаем, что мезодермальные сомиты разделяются на
три закладки — дерматом, склеротом и миотом. Каждая из них да-
ет клетки одного определенного типа: дерматом — соединительно-
тканные клетки подкожной клетчатки — фибробласты, скле-
ротом — хондробласты, выделяющие вещества хряща, мио-
том — миобласты — клетки, которые позже сливаются друг с
другом в волокна поперечнополосатой мускулатуры. Таким обра-
зом, из сомита выделяются три различных типа клеток.
151
Обратимся теперь к многослойному внутреннему листку глаз-
ного бокала. Как мы знаем, из него образуется сетчатка глаза.
Это превращение тоже связано с рядом дифференцировок. В слое
эмбриональной сетчатки, прилежащем к пигментному эпителию,
клетки преобразуются в фоторецепторы — палочки и колбоч-
ки. На противоположной (внешней) стороне стенки глазного бо-
кала дифференцируются ганглиозные клетки, направляющие свои
длинные отростки — аксоны — в мозг, а короткими (дендритами)
контактирующие с промежуточными клетками стенки бокала, из
которых образуются два промежуточных нейрона зрительного пу-
ти. Кроме того, в эмбриональной сетчатке выделяются клеточные
элементы, несущие по преимуществу опорную функцию (нейро-
глия) .
Можно было бы привести множество подобных и еще .более
сложных примеров цитодифференцировок. Особенно сложны и
разнообразны типы клеточной дифференцировки в кроветворной
ткани, где вырабатываются форменные элементы крови, и в орга-
нах иммунной защиты организма. Эти клеточные типы подробно
описываются в курсах частной гистологии. Наша же задача состо-
ит в обзоре современных представлений об основных принципах
клеточной дифференцировки у многоклеточных.
В этом отношении за последние 10—15 лет произошли карди-
нальные сдвиги. Молекулярная биология дала новый язык, на ко-
тором сегодня формируются рассматриваемые проблемы. Вместе
с тем на этом языке еще не удалось изложить таких закономер-
ностей, которые позволили бы считать проблему дифференцировки
у многоклеточных решенной хотя бы в общих чертах. Многие уче-
ные считают данную проблему едва ли не самой важной в биоло-
гии.
Основной тезис, который принесла молекулярная биология в
учение о дифференцировке, таков: клеточная дифференцировка
основана на синтезе специфических белков, т. е. клетки, дифферен-
цированные в разных направлениях, отличаются друг от‘друга
хотя бы по одному специфическому белку. Специфичность здесь
понимается в совершенно определенном химическом смысле, как
специфичность последовательности аминокислот (первичной
структуры) белковой молекулы. Обычно постулируется, что вто-
ричная, третичная и четвертичная (если она есть) структура бел-
ковой молекулы однозначно выводится из первичной.
Сказанное не должно пониматься так, что в дифференциро-
ванных в разных направлениях клетках нет вообще ни одного об-
щего белка. Наоборот: подавляющее количество их «рабочих»
белков (структурных, ферментативных) неспецифично. Специфич-
ные белки иногда еще называют «белками роскоши», • поскольку
они требуются не для самого существования клетки, а связаны с
выполнением ею определенной специализированной функции. В
этом смысле «дифференцировка» и «функциональная дифференци-
ровка» могут, вообще говоря, считаться синонимами. Перечислим
152
специфических белков («белков роскоши»), которые синтезиру-
ются в дифференцированных клетках: фибробласты синтезируют
коллаген; клетки покровного эпителия — кератин; миобласты —
миозин; фоторецепторы — опсин («зрительный белок»); эритроид-
ные клетки (впоследствии превращающиеся в эритроциты) — ге-
моглобин; клетки эпителия пищеварительного тракта — пепсин и
трипсин (пищеварительные ферменты); плазматические клетки
(обеспечивающие иммунную защиту организма от антигенов) про-
дуцируют миллиарды различных специфичных антител — им-
муноглобулинов,. По наиболее принятой сейчас клонально-селек-
ционной теории иммунитета каждый клон плазматических клеток
продуцирует лишь один тип иммуноглобулинов. Таким образом,
только в данном случае возникают миллиарды типов достаточно
устойчивой клеточной дифференцировки.
Еще раз подчеркнем, что специфичность синтезированных бел-
ков должна быть абсолютной. В молекуле гемоглобинов имеются
две так называемые a-цепи и две 0-цепи. Первая состоит из 141
аминокислоты, вторая — из 146 аминокислот. В молекуле нормаль-
ного гемоглобина взрослого организма (гемоглобин А) на 6-м мес-
те 0-цепи стоит глутаминовая кислота. Замена одной лишь этой
кислоты другой аминокислотой — валином — приводит к тяжело-
му заболеванию крови — серповидно-клеточной анемии. Как пока-
зывает само название, при этом изменяется форма эритроцитов.
В некоторых случаях дифференцировка, казалось бы, связана
не столько с синтезом белков, сколько других веществ, например,
сахаров и их производных. Так, хрящевое вещество состоит из му-
кополисахаридов — производных углеводов. Однако их синтез в
клетках-хондробластах невозможен без некоторых специфических
ферментов, а последние — опять-таки белки. Поэтому тезис, что
в основе подавляющего большинства цитодифференцировок ле-
жит синтез специфических белков, следует признать правильным.
Надмолекулярные структуры дифференцированных клеток и их
функции
Синтез специфических белков далеко не исчерпывает всего,
что связано с дифференцировкой. Дифференцированная клетка
менее всего похожа на бесформенный мешок с белками. Еще пер-,
вые гистологи и цитологи отмечали удивительно сложную струк-
турную организацию многих дифференцированных клеток. В наи-
большей мере это относится, пожалуй, к рецепторным клеткам. На
рис. 65 показана слуховая клетка саранчи и фоторецепторная клет-
ка дрозофилы. На первой бросаются в глаза закономерно распо-
ложенные вздутия дендрита, напоминающие ярусы высотной баш-
ни. Под оболочкой клетки видно несколько правильно расположен-
ных чувствительных члеников. Не менее сложна «архитектура»
фоторецепторной клетки. Здесь тоже выделяется чувствительный
153
членик — рабдомер, к нему примыкает полоска пигментных гра-
нул, остальная часть клетки имеет дугообразную поверхность.
Хотя большинство типов дифференцированных клеток орга-
низовано проще, но, как правило, и они обладают определенной
структурной организацией. Например, эпителиальным клеткам
всегда присуща полярность; у клеток почечного и пищеваритель-
Рис. 65. Примеры сложных цито-
дифференцировок:
А — слуховая клетка саранчи. 1 —
чувствительная ресничка, 2 — ден-
дрит, 3 — тело клетки, Б — фоторе-
цепторная клетка дрозофилы. 1 —
ядро, 2 — пограничные «пузырьки»
рабдомера, 3 — рабдомер, 4 — вер-
хушка рабдомера (по Уоддингтону)
ного эпителиев она проявляется
в надрав ленном выведении ве-
ществ.
Каковы структурные основы
столь тонкой внутриклеточной ор-
ганизации и как эта организация
возникает в ходе развития? Наши
знания по этому поводу еще да-
леко не достаточны. Еще несколь-
ко десятилетий назад русский ци-
толог Н. К. Кольцов утверждал,
что многие специализированные
клетки (например, сперматозои-
ды) имеют некоторое подобие
внутреннего скелета — цитоске-
лета. Роль такого скелета, обес-
печивающего прежде всего кле-
точную (поляризацию, можно при-
писать микротрубочкам. Очевид-
но, именно они составляют «ос-
тов» эпителиальных клеток. Но
этот остов нельзя представлять
как нечто высокоустойчивое и
неподатливое. Микротрубочки
ассоциированы слабыми связя-
ми, типа гидрофобных. Поэтому
полярная организация клетки
должна считаться достаточно
динамичной.
Определенную структурную
прочность клетке придают также
различного рода филаменты, тол-
щина которых колеблется пример-
но от 100 до 40 А. По-видимому, среди них имеются как чисто опор-
ные, так и сократимые элементы: миофпбриллы и микрофила-
менты, о которых мы уже не раз говорили.
Однако решающую роль в создании и поддержании клеточной
архитектуры и в определении специфических функций клетки иг-
рают, несомненно, мембраны. Ранее уже упоминалось о спо-
собности мембран к конформационным перестройкам. Путем этих
перестроек на уровне мембран разыгрывается настоящий морфо-
генез: они могут впячиваться, образовывать складки, диссоцииро-
154
вать на субъединицы и снова встраиваться. Структурные превра-
щения клеток в ходе их дифферецировки основаны, по-видимому,
на этих процессах. Например, упомянутый недавно рабдомер
фоторецепторной клетки дрозофилы представляет собой стопку
складок наружной мембраны, возникающих постепенно в ходе онто-
генеза из первоначально гладкой поверхности (рис. 66, А—Б).
Аналогичные конформационные перестройки мембран происходят
и в фоторецепторных клетках позвоночных, если на мембрану дей-
ствует низкомолекулярное вещество — ретиналь, входящий в сос-
тав витамина А.
Рис. 66. Последовательные стадии (А—Б) образования складок в мембра-
нах фоторецепторных клеток дрозофилы:
А — сред через личинку после 48 ч развития, Б — то же после 96-часового
развития. Пачка складок представляет собой сформированный рабдомер (р)
(по Уоддингтону)
Здесь мы подходим к важнейшей области, где встречаются
химия и морфология. В последние десятилетия было обнаружено
различными методами, что клеточные мембраны дифференциру-
ются не только морфологически, но и химически, причем оба про-
цесса тесно взаимосвязаны.
Один из важнейших признаков дифференцировки клеточных
мембран — появление в клетках способности реагировать на малые
концентрации определенных низкомолекулярных веществ — ме-
диаторов, гормонов, витаминов. Эти вещества иногда объединя-
ются общим названием — эффекторы.
' Способность реагировать на эффекторы возникает в клетке с
момента встраивания в ее плазматическую мембрану так назы-
ваемых белковых рецепторов — молекул специфических белков,
реагирующих на контакты с эффекторами изменениями конформа-
ции. Например, в плазматической мембране мышечных волокон
155
имеются рецепторы к медиаторному веществу — ацетилхолину.
В результате волокно реагирует сокращением на очень низкие кон-
центрации ацетилхолина. Как формируется эта способность в онто-
генезе миобласта? Сначала миобласты вовсе не реагируют на аце-
тилхолин. Реакция на него, а также специфическая для мышечного
волокна проводимость мембраны зарождаются, лишь когда миоб-
ласты начинают сливаться в так называемые мышечные трубоч-
ки — предшественники мышечных волокон. Именно к этому вре-
мени на поверхности плазматической мембраны появляются холи-
нцрецепторы. Интересно, однако, что 'внутри цитоплазмы клетки
холинорецепторы обнаруживали до образования мышечных тру-
бочек; появление клеточной чувствительности к медиатору связа-
но. таким образом, не с синтезом холинорецепторов (он происходит
раньше), а с их встраиванием в плазматическую мембрану.
Имеется много данных по миобластам и, некоторым другим
клеткам, показывающих высокую динамичность процесса встраива-
ния рецепторов. Срок их жизни сравнительно педолог: они дестру-
ируются и заменяются* новыми. Молекулярный состав мембраны
все время меняется: у миобласта каждую минуту примерно 1 мкм2
поверхности «снашивается» и заменяется за счет поступающих из
цитоплазмы предшественников. Кроме того, встроенные в мембра-
ну белковые молекулы (в том числе рецепторы) способны к «ла-
теральной диффузии», т. е. к перетеканию в плоскости мембраны
из одного места в другое и к концентрации в определенных местах.
Теория строения мембраны, учитывающая эти факты, называется
теорией «жидкой мозаики» (подробнее она описывается в курсах
цитологии). Это лишь одна из существующих в настоящее время
теорий, и пока нет полной уверенности, что она применима ко всем
видам клеток. Однако подвижность мембранных структур несом-
ненна и она играет, как мы уже не раз видели (гл. 5), большую
роль также и в движениях эмбриональных клеток.
Мы видим, таким образом, что, даже если в клетке уже синте-
зированы специфические белки, она может еще не проявлять своей
специфической функции: для последней необходимо встраивание
белков в мембрану. Оно отделено во времени от процесса синтеза
и имеет, вероятно, свои собственные регулирующие механизмы.
С дифференцировкой клеточных мембран связано, по-видимо-
му, и взаимное «узнавание» однородных клеток, приводящее к
клеточной сортировке (гл. 8).
Несомненно, что в ходе клеточной дифференцировки осуществ-
ляется координированная перестройка самых различных мо-
лекулярных и надмолекулярных образований и целых органелл
внутри, клетки. Достаточно вспомнить движения центриолей и ап-
парата Гольджи в ходе спермиогенеза, или только что рассмот-
ренные движения субъединиц клеточной (мембраны. Исследование
механизмов и принципов - координации этих внутриклеточных
движений — интереснейшая задача, к решению которой биология
по-настоящему еще не приступала. Внимание большинства мюле-
156
кул ярн ы х б иол огов, з а н им а ющихся дифференцировкой, сосредо-
точено сейчас на ’вопросе о механизмах регуляции синтеза спе-
цифических белков в дифференцированных клетках.
Сведения о молекулярных механизмах регуляции биосинтеза
белков
Как известно из курсов биохимии и молекулярной биологии,
различаются следующие возможные уровни регуляции биосинтеза
белка:
1. Изменения нуклеотидного состава ДНК. Применительно к
цитодифференцировке, речь идет о гипотезе, что дифференцировке
клеток предшествуют изменения структуры ДНК в их ядрах: вы-
падения отдельных участков ДНК, транслокации, инверсии и т. д.
Эту гипотезу можно назвать гипотезой соматических мута-
ций, так как речь идет об изменениях мутационного характера (в
принципе необратимых) в различных клетках. Соответствующий
уровень регуляции принято называть уровнем репликации,
поскольку нарушения в строении ДНК могут, вероятнее всего, воз-
никать при ее репликации (удвоении).
2. Изменения нуклеотидного состава мРНК. Нуклеотидный
состав мРНК может оказаться в разных клетках различным, даже
если состав ДНК в их ядрах одинаков. Для этого считывание
мРНК в разных клетках должно идти на разных участках молеку-
лы ДНК; это может произойти, если некоторые участки ДНК за-
крыты для считывания (репрессированы) белками, входящими в
состав ДНК—протеида. Так как считывание мРНК с ДНК называ-
ется транскрипцией, данный уровень регуляции обозначается как
регуляция на у р о в н е транскрипции.
3. Можно допустить, что различные клетки и не отличаются
друг от друга по составу мРНК, но трансляция разных типов
мРНК будет идти в разных клетках с неодинаковыми скоростями,
или же некоторые виды мРНК длительное время вовсе не будут
транслироваться. Это тоже приведет к различиям в составе бел-
ков, синтезируемых в разных клетках. Данный уровень регуляции
обозначается как регуляция на уровне трансляции.
4. Наконец, возможна регуляция структуры белков и на пост-
трансляционном уровне: после трансляции на рибосомах
белковая цепь приобретает структуру вторичного, третичного, а
иногда и четвертичного порядков, к ней могут добавляться различ-
ные химические группировки и, наконец, синтезированный белок
для выполнения своих функций часто должен переместиться в оп-
ределенное место клетки (белки-рецепторы — встроиться в состав
клеточной мембраны, протеолитические ферменты — войти в состав
лизосом, и т.п.). Скорость всех этих процессов может меняться, а
некоторые из них и вовсе могут блокироваться. Управление этими
процессами и обозначается как посттрансляционная регуляция.
157
Оба последних уровня регуляции иногда объединяются под
названием посттранскрипционных или, по А. А. Нейфаху
и М. Н. Тимофеевой, постгенетических у р о в н е й. Рассмот-
рим теперь фактические данные, свидетельствующие в пользу того
или иного уровня регуляции.
Проблема генетической эквивалентности ядер
дифференцированных клеток
В конце XIX в. немецкий зоолог Вейссман предложил первую
научную теорию клеточной дифференцировки. Она основывалась
на предложении о неравнонаследственности делений
дробления. Эта гипотеза (высказанная еще раньше немецкими
биологами Негели и Ру) утверждала, что при делениях дробления
происходит неравномерное распределение наследственного вещест-
ва между ядрами отдельных бластомеров. Только будущие половые
клетки получают полностью все наследственное вещество зиготы, а
остальные (соматические) клетки утрачивают ту или иную его
часть. Оставшаяся в них часть наследственного вещества и опре-
деляет направление их последующей дифференцировки.
Хотя названные ученые имели самые общие представления о
наследственном веществе (которое, однако, Вейссман совершенно
правильно связывал с хроматином, т. е. с нуклеопротеидами ядра),
гипотеза неравнонаследственных делений хорошо переводится на
язык современной молекулярной биологии. В современных терми-
нах она -соответствует предположению о регуляции дифференци-
ровки на уровне репликации. Как же эта гипотеза согласуется -с
реальными фактами?
Сам Вейссман, формулируя ее, опирался на данные о так на-
зываемой диминуции хроматина (отторжения части хромо-
сом) при нескольких последовательных делениях дробления сома-
тических клеток аскариды. В серии делений^ ведущих^к образова-
нию половой клетки, диминуции не происходит, что соответствует
необходимости сохранить в половой клетке весь имеющийся хро-
матин.
Факт диминуции хроматина, открытый знаменитым цитологом
Т. Бовери, подвергался затем многочисленным обсуждениям и пе-
реисследованиям, и до сих пор мнения по поводу реальности и зна-
чения этого феномена очень разноречивы. По-видимому, при
диминуции отбрасывается лишь часть гетерохроматина, не
несущего наследственной информации, тогда как эухроматин сох-
раняется в каждом бластомере полностью.
Окончательно решить вопрос о наличии неравнонаследствен-
ных делений в раннем развитии мог только эксперимент, и такой
эксперимент был поставлен Г. Шпеманом на яйцеклетках тритона.
После оплодотворения, но до начала дробления яйца Шпеман на-
ложил на него лигатуру из тонкого волоса. Та часть яйца, в кото-
рую отошло ядро, начала дробиться, а другая, безъядерная^ ес-
158
тественно, не дробилась (рис. 67, А, Б). Когда в ядросодержащей
части возникло 16 бластомеров, Шпеман ослабил лигатуру и про-
пустил ядро ближайшего бластомера в безъядерную часть
(рис. 67, В). Там тоже началось дробление. В конце концов каж-
дая из половин яйца образовала совершенно нормального, безде-
фектного зародыша (рис. 67, Гь Г2). Ясно, что этого не могло бы
Рис. 67. Опыт Г. Шпемана по испытаниню эквивалентности ядер дро-
бящейся яйцеклетки тритона:
А, Б — дробление правой (ядросодержащей) половины яйца; В —
одно из ядер проникает в левую (до того безъядерную) половину;
Гь Г2 — нормальные зародыши, развившиеся из обеих половин яйца
(по Шпеману)
произойти, если ядра в ходе дробления утрачивали хотя бы часть
наследственного вещества. Таким образом, по крайней мере у ам-
фибий вплоть до стадии 16 бластомеров неравнонаследственных
делений не происходит.
Однако результаты Шпемана не решили полностью проблему
в отрицательном смысле. Ведь оставалась еще возможность нерав-
нонаследственных делений в развитии других организмов и на бо-
лее поздних стадиях. Наилучшим способом отклонить эту возмож-
ность было бы получёние целого организма из одной его диффе-
ренцированной клетки. Пока что успешные опыты такого рода по-
ставлены только на растениях. Американскому исследователю Стю-
арту первому удалось вырастить целую морковь со всеми органа-
ми — корнями, стеблем, листьями, цветками — из одной един-
ственной клетки флоэмы взрослой моркови. Позже подобные опы-
ты были успешно проведены на табаке и некоторых других расте-
ниях.
159
У животных столь же четких результатов пока не достигнуто,
хотя и удавалось получить организм губки или кишечнополостного
из скопления нескольких дифференцированных клеток. Есть также
данные об изменении направления дифференцировки клеток при
регенерации, но в этом вопросе много разногласий. Наиболее убе-
дительные данные по редифференцировке (называемой в данном
случае трансдетерминацией) получены у насекомых. Они будут
рассмотрены позже. Самым же, пожалуй, эффектным и широко
известным доводом в пользу эквивалентности генома дифференци-
рованных клеток служат опыты по пересадке ядер соматических
клеток в яйцеклетку. Впервые такие опыты были успешно прове-
дены в 50-х годах нашего столетия Кингом и Бриггсом, а затем
широкие исследования в этом направлении развернул английский
биолог Дж. Гердон. Эти операции проводились на зародышах ам-
фибий. Они сопряжены с огромными техническими трудностями, и
в лучшем случае лишь доли процентов яйцеклеток с пересажен-
ными в них соматическими ядрами выживали. Однако в данном
случае дело решает хотя бы единичный успех, а он был: некоторое
количество яйцеклеток с пересаженными в них ядрами клеток за-
чатка глаза, кишечника и даже кожи головастика развивалось в
полноценных зародышей. Это показало, что даже далеко зашедшая
дифференцировка тканей не обязательно связана с нарушением
генетической эквивалентности и тотипотентности их ядер.
С другой стороны, по мере дифференцировки клеток способ-
ности их ядер вызывать развитие полноценных зародышей при пе-
ресадке в безъядерные яйцеклетки заметно сужаются. Например,
ядра эритробластов (ранних предшественников эритроцитов) при
пересадке в яйцеклетку способны довести ее развитие до поздних
эмбриональных стадий, а ядра дифференцированных эритроци-
тов — не более чем до стадии бластулы. Пока неизвестно, свиде-
тельствует ли это о необратимом ограничении генетических потен-
ций ядер или о других перестройках ДНК, не связанных с такими
ограничениями. Но независимо от того, как будет решен этот воп-
рос, мы вправе сделать вывод, что по крайней мере на начальных
стадиях клеточной дифференцировки (и тем более в момент детер-
минации — выбора клеткой пути своего развития) генетические
потенции ядер еще не ограничены. Если такие ограничения и воз-
никают, то позже.
Это означает, помимо прочего, что выбор пути дифференциров-
ки клетки определяется внешними по отношению к ядру, т. е. исхо-
дящими из цитоплазмы сигналами. И действительно, Гердон
показал, что временное расписание синтезов различных видов РНК
в ядре диктуется окружающей его цитоплазмой. При пересадке яд-
ра дифференцированной клетки в цитоплазму яйцеклетки в ядре
начинается синтез ДНК, информационной, транспортной и рибо-
сомной РНК в той же последовательности, в какой он идет при
нормальном развитии яйцеклетки.
160
Регуляция биосинтеза на транскрипционном уровне и
дифференциальная активность генов
Предыдущие данные показали следующее: дифференцировка
клеток, как правило, не сопровождается необратимой потерей час-
ти генома. Тогда наиболее вероятным уровнем регуляции диффе-
ренцировки становится уровень транскрипции. Предположение о
том, что в разных типах дифференцированных клеток репрессиро-
ваны (закрыты для считывания) разные участки ДНК и поэтому в
них синтезируются разные виды мРНК, получило название гипоте-
зы дифференциал ьной активности генов.
Первыми опорами гипотезы дифференциальной активности ге-
нов были цитологические данные, показавшие, что способность к
синтезу мРНК не распределена равномерно по всей хромосоме, а
в ней существуют более и менее синтетически активные участки.
Мы уже знакомы с этим на примере хромосом ооцита: синтез
мРНК идет там только на выпетлившихся участках «ламповых
щеток», а синтез рибосомальной РНК и амплификация генов —
на других участках хромосом.
Аналогичные синтетически активные, вздутые участки хромо-
сом (так называемые пуффы) обнаружены в ядрах клеток слюн-
ных желез дрозофилы (рис. 68). Мощность и расположение пуф-
фов изменяются под воздействием гормонов.
Рис. 68. Пуффы в гигантской хромосоме слюнной железы дрозофилы.
А—В — нормальная картина; Г, Д — после обработки гормоном экдизоном
(по Клевер)
Современными методами молекулярной биологии удалось по-
казать, что количество активно работающих генов уменьшается по
ходу развития. Так, у морского ежа из примерно 40 тыс. генов,
входящих в его геном, в ооците активно 37 тыс., на стадии бласту-
лы — около 30 тыс., на стадии гаструлы и у личинок — от 12 до
15 тыс. и во взрослом состоянии — 3—5 тыс. В дифференцирован-
ных тканях различных позвоночных активно примерно 20% всех
генов, а в ооцитах — более 70%. Некоторые авторы полагают, что
в оогенезе хотя бы слабую активность проявляют все гены. В част-
ности, в ооците обнаружен синтез мРНК белка глобина, который
161
нужен зародышу лишь для синтеза гемоглобина, наступающего
много позже. Однако концентрация глобиновой мРНК в ооците в
сотни раз ниже, чем в дифференцирующихся кроветворных клет-
ках.
Здесь мы подходим ко второму аспекту дифференциальной ак-
тивности генов: наряду с подавлением (репрессией) активности
большинства генов при дифференцировке резко возрастает актив-
ность работающих генов.
Главным нерешенным вопросом гипотезы дифференциальной
активности генов остается вопрос о факторах избирательной реп-
рессии части генома. Этими факторами должны быть какие-то бел-
ки, способные «узнавать» определенные гены. Вероятнее всего, это
так называемые негистоновые белки. Однако вопрос до конца не
решен.
Здесь возникает принципиальная трудность. Белки, способные узнать
определенные гены, сами должны быть специфичными, т. е. должны синтезиро-
ваться на матрицах, транскрибированных с некоторых других генов. Но для
узнавания последних требуются новые белки, синтезированные при участии
еще одной категории генов, и так далее. Получается, что число генов, необхо-
димых для регуляции дифференцировки, должно быть бесконечно велико, и мы
пришли к чему-то напоминающему средневековую гипотезу вложения (гл. 1).
Чтобы выйти из этого порочного круга, необходимо, очевидно, разорвать цепь
специфичности и допустить следующее: в каких-то звеньях регуляторных цепей
(может быть, довольно далеких от генома клетки и связанных с рассматри-
ваемыми ниже посттранскрипционными уровнями) действуют малоспецифич-
ные факторы, а затем (по мере приближения к геному) специфичность дей-
ствия нарастает: менее специфичные причины порождают более специфичные
следствия. В таком допущении нет ничего невероятного: известен целый ряд
низкомолекулярных факторов (ионный или газовый состав среды, низкомоле-
кулярные метаболиты, у некоторых растений — свет), влияющих на процесс
транскрипции, т. е. в конечном счете приводящих к активации или репрессии
определенных генов. Но, чтобы понять, как такое нарастание специфичности
может происходить, необходимы некоторые новые представления о развитии
клетки и организма в целом, которые мы обсудим в гл. 11.
Возможности регуляции дифференцировки на
посттранскрипционных (постгенетических) уровнях
Наиболее ярким и уже известным нам примером регуляции на
уровне трансляции служит блокирование мРНК в составе
рибонуклеопротеидных частиц — информосом, приводящее иногда
к весьма длительной задержке трансляции.
Такие задержки описаны не только в оогенезе (гл. 2) и при
дроблении (гл. 3), но также и перед дифференцировкой клеток
глазного хрусталика, при хранении семян растений и в других слу-
чаях.
О широких возможностях трансляционной или, шире, постге-
нетической регуляции свидетельствует наблюдаемое в ходе ранне-
го развития морских ежей и моллюсков изменение состава синте-
зируемых белков при подавлении генетической функции ядер. Та-
кие изменения могут объясняться лишь тем, что всевозможные
162
виды ранее синтезированной мРНК транслируются в разное время
и с неодинаковой скоростью. В яйцах моллюсков такие изменения
наблюдаются лишь в присутствии полярной лопасти, с которой в
данном случае, по-видимому, и связаны факторы трансляционной
регуляции.
Регуляции на посттрансляционном уровне выражают-
ся, прежде всего, также в задержках (иногда длительных) «до-
стройки» молекул ферментов или гормонов и образования четвер-
тичной структуры белков. Например, фермент тирозиназа появля-
ется у зародышей амфибии еще в раннем эмбриогенезе, но перехо-
дит в активную форму лишь после вылупления. В более широком
смысле к посттрансляционной регуляции можно отнести факторы
внутриклеточных перемещений молекул и надмолекулярных комп-
лексов, вплоть до таких явлений, как ооплазматическая сегрега-
ция. Мы видим, что на постгенетических уровнях совершаются
весьма важные, но еще мало исследованные процессы регуляции.
Дифференцировка клеток в целом организме
Даже если считать, что цитодифференцировка сводится к син-
тезу специфических белков (что было бы, как мы уже отмечали,
большим упрощением), то выяснение уровней и механизмов регу-
ляции синтеза белка в отдельной клетке еще далеко не решило
бы проблемы дифференцировки. Применительно к многоклеточно-
му организму эта проблема, так же как и проблема формообразо-
вания, неотрывна от пространственно-временных аспектов. Иными
словами, требуется понять, почему данный тип дифференцирован-
ных клеток возникает в данном месте и в данное время.
Явления индукции и эмбриональных регуляций показали нам,
что направления развития зачатков в большой степени зависят от
внешних влияний — будь то влияния соседних зачатков или более
общие воздействия «целого». Тем или иным способом, прямо или
косвенно, такие влияния должны сказываться и на дифференци-
ровке клеток. Каким образом это происходит, как морфогенетиче-
ские взаимодействия отражаются на молекулярных механизмах
биосинтеза специфических белков? В настоящее время эта пробле-
ма, стоящая на грани эмбриологии и молекулярной биологии, едва
лишь начинает разрабатываться.
Молекулярные биологи обычно указывают на три типа химиче-
ских факторов, которые, по их мнению, могут объяснить прост-
ранственно-времен1н6е распре деление дифференцировок: 1) вещест-
ва ооплазмы; 2) индукторы; 3) гормоны. Та или иная степень влия-
ния каждого из этих факторов на клеточную дифференцировку не-
сомненна. Однако можно высказать серьезные сомнения в том, что
при любых успехах в познании действия этих факторов ссылка на
них решит проблему дифференцировки.
Начнем с веществ ооплазмы. Работами Гердона и других ис-
следователей ясно показано, что вещества ооплазмы каким-то обра-
163
зом влияют на генетическую активность пересаженных в яйцеклет-
ку ядер. Нам знакомы и некоторые другие отчетливые влияния
компонентов ооплазмы на дифференцировку клеток: половые клет-
ки насекомых возникают только из ооплазмы заднего полюса яйца,
мезобласты червей и моллюсков дифференцируются лишь при на-
личии в них цитоплазмы полярной лопасти. Клетки хорды, мезен-
химы, энтодермы и эктодермы асцидий тоже развиваются из стро-
го определенных компонентов ооплазмы. Но, хотя в этих случаях
влияния ооплазмы на клеточную дифференцировку несомненны,
их молекулярные механизмы еще очень мало выяснены. Есть осно-
вания полагать, что вещества ооплазмы влияют на дифференци-
альную активность генов лишь косвенно, например, изменяя раз-
меры бластомеров, темпы их делений и т. п. Мы уже говорили, в
частности, что действие полярной лопасти на синтез белков осу-
ществляется на постгенетических уровнях.
Однако особенно важно напомнить следующее: развитие боль-
шинства зародышей может полностью регулироваться после отры-
ва или отсасывания значительной части ооплазмы неоплодотворен-
ного или даже оплодотворенного яйца. Мы знаем также, что тип
клеточной дифференцировки может быть переопределен значитель-
но позже завершения ооплазматической сегрегации (например, у
амфибий на стадии бластулы). Поэтому воздействие ооплазмати-
ческой сегрегации на клеточную дифференцировку может быть по
большей части лишь предварительным.
Ооплазматическая сегрегация, скорее, содействует правильно-
му размещению в зародыше различных типов дифференциро-
ванных клеток, нежели непосредственно определяет тип дифферен-
цировки. Такой вывод следует, в частности, из наблюдений над
патологическими новообразованиями — тератомами — в поло-
вых железах млекопитающих. В результате интенсивного размно-
жения гонюцитов могут (развиваться эмбриоиды — тельца, содер-
жащие в полном беспорядке самые различные типы дифференциро-
ванных кл еток — хрящевые, мышечные, нервные, энтодерм ал ь-
ные и др. Значит, отсутствие ооплазматической сегрегации и даже
полное выпадение стадии яйца -не препятствует дифференцировке
в разных направлениях, но разрушает всякий порядок в их распо-
ложении.
Вопрос о роли индукторов как факторов клеточной дифферен-
цировки также далеко не прост. В большинстве естественных ин-
дукционных процессов возникает не какой-либо один тип диффе-
ренцированных клеток, а целые органы или даже комплексы ор-
ганов, оде клетки затем дифференцируются во множестве направ-
лений. В этих случаях трудно считать индукторы специфическими
факторами клеточной дифференцировки. Несколько иначе дело
обстоит при использовании синтетических индукторов Тойвонена
и Тидемана — они, как мы видели, индуцируют образование пре-
имущественно одного типа клеток. Но и здесь молекулярные
механизмы действия индукторов на клеточный геном далеки от
164
разрешения. Вопрос осложняется еще и тем, что нейральный ин-
дуктор Тидемана, 'как мы уже говорили, по-видимому, не прони-
кает внутрь индуцируемых клеток.
Но если даже сделать не до конца оправданное допущение, что
в зародыше имеются и последовательно включаются специфиче-
ские индукторы каждой следующей дифференцировки, то мы ока-
жемся в том же порочном кругу, как и при обсуждении вопроса о
внутриклеточной регуляции активности генов. Действительно, пе-
ред нами встанут вопросы о механизмах «запуска» того или иного
индуктора в должном месте и в должное время, для чего потребо-
вался бы новый индуктор, и так далее. Отыскание любых специ-
фических индукторов еще не решало бы вопроса об их простран-
ств енно- вр ем енном р а спреде л ен и и.
И наконец, о гормонах. Их прямое влияние на регуляцию диф-
ференцировки на уровнях транскрипции и трансляции можно счи-
тать доказанным. Установлено, например, что гормон экдизон, вы-
деляющийся при линьке насекомых, стимулирует образование уже
известных нам пуффов, т. е. синтетически активных участков хро-
мосом. Гормон эстроген вызывает в клетках яйцевода молодых
цыплят синтез мРНК для белка куриного яйца (авидина). Гормон
эритропоэтин стимулирует синтез гемоглобина в клетках — пред-
шественниках эритроцитов.
Тем не менее нельзя считать, что гормоны от начала и до кон-
ца определяют тип клеточной дифференцировки. Они могут дей-
ствовать лишь на подготовленные клетки (клетки-мишени), в ко-
торых имеются встроенные в плазматическую мембрану или внут-
риклеточные специфические рецепторы к гормонам. Таким обра-
зом, еще до действия гормона клетки проходят первые шаги спе-
цифической дифференцировки, и сама реакция разных клеток на
один и тот же гормон может быть различной. Гормоны, таким об-
разом, лишь стимулируют развитие клеток по намеченным уже
ранее путям дифференцировки.
Рассматривая проблему дифференцировки на уровне целого
организма, мы пришли примерно к тем же трудностям, что и при
обсуждении механизмов внутриклеточной регуляции дифференци-
ровки. Тогда эти Т|рудно'ст1И были -связаны с вопросом: откуда взя-
лась специфичность регулирующих факторов? Теперь мы оказа-
лись перед вопросом: откуда взялось их специфическое распреде-
ление в пространстве и времени развивающегося организма? Ког-
да возникают две сходные трудности, появляется желание найти
их общее решение. Обсуждение внутриклеточных механизмов регу-
ляции дифференцировки привело нас к выводу, что в регуляции
должны участвовать малоспецифические факторы. Проблема же
специфического распределения процессов в пространстве — вре-
мени тесно связана, как мы знаем из предыдущих глав, с формо-
образованием: именно формообразование «размечает» места по-
следующих дифференцировок. Не значит ли это, что выход в ре-
шении проблем дифференцировки может быть найден, если при-
165
нять во внимание малоспецифические факторы, связанные с фор-
мообразовательными процессами? Такая группа факторов дей-
ствительно есть: это контактные взаимодействия эмбриональных
клеток, о которых уже довольно много говорилось в предыдущей
главе. Их значение для дифференцировки весьма вероятно, а в
некоторых случаях и прямо показано. Например, американский ис-
следователь А. Москона (Moscona) обнаружил недавно, что в клет-
ках эмбриональной сетчатки цыпленка даже при наличии необ-
ходимых гормонов специфические ферменты синтезируются лишь
в том случае, если между клетками установлены нормальные кон-
такты. Эти контактные взаи-М0|Действ1ия <не обязательно должны
быть чисто химическими. Можно представить наличие в них, на-
пример, механо-химических звеньев, когда деформация клеточных
мембран 'влияет на характер внутриклеточных химических про-
цессов. Исследование этих вопросов только лишь начинается.
Детерминация и трансдетерминация в имагинальных дисках
насекомых. Понятие эпигенотипа
В недавнее время одним из объектов исследования процессов
клеточной детерминации и дифференцировки стали имагиналь-
ные диски насекомых, особенно дрозофилы. На них получены ре-
зультаты, имеющие общебиологическое значение.
Имагинальные диски — это* особые участки поверхностного
слоя (эктодермы) зародышей насекомых, из которых развиваются
органы взрослого насекомого (имаго). Как известно из курса зоо-
логии, насекомые в своем развитии испытывают 'более или менее
глубокий метаморфоз, т. е. серию превращений эмбриона в личин-
ку (иногда имеется несколько личиночных стадий), затем (при
так называемом полном превращении) в куколку и, наконец, во
взрослую стадию — имаго. Превращения сопровождаются более
или менее полной гибелью эмбриональных клеток и увеличением
числа тех клеток, из которых сформируется впоследствии тело
взрослого насекомого. Последние клетки и называются имагиналь-
ными. Помимо имагинальных клеток, входящих в имагинальные
диски, ^есть еще скопления имагинальных клеток в различных внут-
ренних органах, например в кишечнике. Мы, однако, будем гово-
рить исключительно о клетках имагинальных дисков.
С самого начала развития закладывается строго определенное
число имагинальных дисков, и каждый из них имеет совершенно
четкое предназначение. У дрозофилы, например, имеется десять
парных дисков и один непарный. Из парных дисков развиваются
крылья, ноги, антенны, покровы головы и торакса, а из непарно-
го — гениталии. Перед каждой линькой количество клеток в диске
увеличивается, он постепенно из диска превращается в мешочек,
который при метаморфозе выворачивается наружу и сразу превра-
щается в функционирующий орган.
166
Интересующие нас опыты были поставлены, чтобы ответить на
вопрос: «знают»-ли отдельные клетки диска, к какому диску они
принадлежат, т. е. имеет ли в данном случае место «поклеточная»
детерминация, и если да, то сколь она подробна? Чтобы выяснить
данный вопрос, отдельные диски диссоциировали на клетки, и
последние инъецировали в полость тела взрослого насекомого.
Там имагинальные клетки размножались, но не дифференцирова-
лись, так как для их дифференцировки необходимо наличие гормо-
на экдизона, отсутствующего у взрослых насекомых и присут-
ствующих в личинках. Можно было совершать много последова-
тельных переносов (пассажей) имагинальных клеток из одной
взрослой особи в другую, что позволяло продолжать такое культи-
вирование даже годами. Когда же клеточную культуру трансплан-
тировали обратно в личинку, пересаженные клетки дифференциро-
вались, причем большей частью именно в тот орган имагинально-
го диска, из которого они были получены. Иными словами, состо-
яние детерминированности проносилось через многие клеточные
поколения, передаваясь от клетки к клетке в ходе митотических
делений. Это говорит о высокой устойчивости детерминации от-
дельных клеток. Однако наблюдения швейцарского биолога К. Ха-
дорна, проведенные в 50—60-х годах, показали, что в некоторых
случаях после многочисленных пассажей происходит замечатель-
ное явление трансдетерминации: клетки одного диска дают
начало другому органу. Так, например, клетки антеннального дис-
ка могут дать начало ноге, крылу или глазу; глазного диска —
крылу; крылового диска — мезотораксу и т. д. Некоторые транс-
детерминации обратимы, другие же слабо или вовсе необратимы.
Своеобразной «ловушкой» оказался мезоторакс, в который посте-
пенно трансдетерминировались клетки всех дисков, но из которого
не было выхода обратно.
Феномен трансдетерминации интересен в нескольких отноше-
ниях. Bd-первых, так как детерминация клеток имагинальных дис-
ков во многих случаях обратима, она не может быть основана на
перестройках их генома (т. е. на соматических мутациях). Детер-
минация клеток носит, несомненно, постгенетический характер
(см. с. 158, 162)., и тем не менее она удивительно устойчива, посколь-
ку передается через длинную цепь клеточных поколений. Во-вторых,
интересно то, что тип клеточной детерминации меняется скачком,
от одного органа к другому, без промежуточных форм. Следова-
тельно, клетки имагинальных дисков обладают
дискретным набором устойчивых постгенетиче-
ских состояний. Такие состояния обозначаются часто как кле-
точные эпигенотипы (в противоположность генотипам — ус-
тойчивым типам генома). Что такое эпигенотип и как поддержива-
ется его устойчивость, мы знаем еще очень мало, но это одна из
наиболее важных проблем теории дифференцировки.
Таким образом, клетка данного диска и ее потомство хорошо
«помнят», от какого имагинального диска они произошли, и если
167
меняют свою судьбу, то «скачком». Но «знает» ли каждая клетка
свое предназначение с самого начала более подробно? Иными сло-
вами, представляет ли имагинальный диск с самого начала мо-
заику из клеток, детерминированных (например, в случае ножно-
го диска) к образованию лапки, бедра или голени, и неспособных
заменить другие клетки? По-видимому, это не так. На достаточно
ранних стадиях своего развития диски способны к регенерации в
случае удаления некоторой^ части или же к удвоениям своих ча-
стей после продольного расщепления. Все это несовместимо с
представлением об их изначальной мозаичности.
В целом, несмотря на большое своеобразие, процесс детерми-
нации у насекомых не так уж далек от подобного процесса у за-
родышей позвоночных. И здесь и там детерминация носит эпиге-
нетический характер и не связана с изменениями генома. И здесь и
там детерминация — целостный, а не мозаичный процесс. Для на-
секомых характерно, конечно, более раннее наступление детерми-
нации и более устойчивый характер эпигенотипа. Это, несомненно,
связано с особенностями их раннего развития, в частности, с осо-
бой важностью для них ооплазматической сегрегации. Некоторые
свойства имагинальных дисков детерминируются, по-видимому, да-
же еще в оогенезе. Но, как ни существенны эти особенности, отли-
чия детерминации у насекомых от детерминации у других система-
тических групп носят скорее количественный, нежели качествен-
ный характер.
ЛИТЕРАТУРА
Гердон Дж. Регуляция функции генов в развитии животных. М.,
«Мир», 1977.
Трумэн Д. Биохимия клеточной дифференцировки. М., «Мир», 1976.
Уоддингтон К. Морфогенез и генетика. М., «Мир», 1964.
Нейфах А. А., Тимофеева М. Я- Молекулярная биология процессов
развития. М., «Наука», 1977.
Нейфах А. А., Тимофеева М. Я. Проблемы регуляции в молекуляр-
ной биологии развития. М., «Наука», 1978.
Туманишвили Г. Д. Дифференцировка клеток. Тбилиси, 1977.
Глава 10
РОСТ
Типы ростовых процессов. — Уравнения скорости
роста. — Целостные подходы к процессам рос-
та. — Пространственная организация роста и ви-
довая форма. — Градиенты роста
Типы ростовых процессов
В главе 1 мы определили рост как поступательное (ацик-
лическое) изменение массы и размеров организма. Обычно оба
эти показателя изменяются совокупно, но для удобства изло-
жения мы будем рассматривать их раздельно.
Прирост массы может осуществляться как за счет на-
копления неорганических веществ (рост скелета, набухание
тканей), так и за счет синтеза новой протоплазмы. Иногда эти
процессы протекают раздельно. Например, увеличение массы
растений путем всасывания воды происходит в тот период раз-
вития, когда клеточные деления уже прекратились и масса жи-
вой протоплазмы не растет; рост скелетных игл многих беспо-
звоночных тоже не связан с увеличением числа клеток-скелето-
образователей. С другой стороны, увеличение живой массы в
эмбриональный или ранний постэмбриональный периоды слаба
или iBOBice не связано с аккумуляцией минеральных веществ.
Существуют, однако, и случаи, когда рост живой и неорганиче-
ской массы идет одновременно. При этом имеется камбиаль-
ная зона, где клетки размножаются, а, выйдя из нее, клетки
ороговевают или минерализуются. Так происходит рост раковин,
рогов и зубов.
Рост может идти либо путем увеличения размеров клетки,
которые при этом не делятся, или же быть связан с клеточным
размножением. Первый (более редкий) тип роста называется
ауксетичным. Второй, более обычный — пролифера-
ционным ростом. Ауксетичный рост наблюдается у коловра-
ток, круглых червей, личинок насекомых У этих форм число
клеток остается постоянным (явление эвтелии). Рост раз-
меров отдельных клеток при этом нередко связан с полипло-
идизацией клеточных ядер. Пролиферационный рост известен в
нескольких формах, из которых мы рассмотрим рост мульти-
пликативный, аккреционный и рекуррентный.
Мультипликативный рост характеризуется тем, что обе
клетки, возникшие от деления некоторой родоначальной клетки,
16»
снова вступают в деление (рис. 69, А) Число клеток N растет
при этом в геометрической прогрессии: если п — номер деле-
ния, то
^ = 2".
(1)
Аккреционный рост в простейшем случае связан с
тем, что после каждого последующего деления лишь одна из
клеток снова делится, тогда как другая прекращает деление
(рис. 69, Б). Число клеток N растет при этом линейно: если
п — номер деления, то
Nn = 2n.
(2)
Рекуррентный рост — это своеобразный тип роста, промежуточный
между мультипликативным и аккреционным. Обе клетки, возникшие от деле-
ния родоначальной клетки, при этом делятся, но их деления происходят с
р'азрывом в одно поколение (рис. 69, В). Если такой рост начинается от одной
-родоначальной клетки, то числа клеток в последовательных поколениях равны
числам так называемого ряда Фибоначчи: ...2, 3, 5, 8, 13, 21,... Каждое из этих
чисел представляет собой сумму двух предыдущих (математический ряд Фи-
боначчи начинается с чисел 0, 1). Числовые ряды с такими свойствами назы-
ваются рекуррентными рядами.
Рис. 69. Схема мультипликативного
(А), аккреционного (Б) и рекур-
рентного (В) роста. На Б заштри-
хованы вышедшие из деления клет-
ки, на В — клетки, пропускающие
очередное деление
Рост большинства организ-
мов в эмбриональный и ранний
постэмбриональный период бли-
же iBiceDO соответствует 'мульти-
пликативному росту; им мы и
будем в основном заниматься.
Аккреционный рост связан с раз-
делением органа на камбиаль-
ную (стволовую) и дифференци-
рованную зону и переходом кле-
ток из первой во вторую с сохра-
нением постоянных соотноше-
ний между размерами зон. Диф-
ферен ц и р ов а нн ы е клетки могут
минерализоваться или гибнуть.
Примером может служить рост раковины, рогов, зубов, волос
(выходящие из зоны размножения клетки минерализуются), сли-
зистых покровов кишечника, дыхательных путей и др. (выходящие
определенный путь диф-
из зоны размножения клетки, пройдя
ференцировки, гибнут).
Рекуррентный рост на клеточном уровне редок. Однако рост апикальных
меристем высших растений, измеряемый числом и расположением целых зачат-
ков (листьев, лепестков, чешуек), как правило, описывается числами ряда Фи-
боначчи. Например, углы, на которые повернуты друг относительно друга по-
следовательно отпочковывающиеся листья, если их выразить в долях круга,
образуют дроби, числитель и знаменатель которых есть расположенные через
одно числа ряда Фибоначчи: у ольхи межзачатковый угол между последова-
тельными листьями равен Уз, у дуба — 2/5, у груши — 3/8, у миндальника — 5Л3
ют 360°. Понимание онтогенетических причин этих давно обнаруженных зако-
170
номерностей представляет собой сложную, далеко еще не решенную задачу.
По-видимому, их элементарными морфогенетическими единицами служат не от*
дельные клетки, а целые зачатки (почки).
Из всех компонент развития рост наиболее доступен коли-
чественному описанию. В значительной мере это связано с тем,
что рост можно считать самым длительным в онтогенезе, отно-
сительно монотонным, лишенным разрывов процессом. Поэтому
его сравнительно легко представить в виде непрерывных функ-
ций таких фундаментальных переменных, как время (возраст)
и (или) масса (размеры). С другой стороны,работа «этом направ-
лении показала, что даже точное математическое описание про-
цесса еще не равнозначно его объяснению. Большинство так
называемых уравнений роста, которые мы сейчас рассмотрим,
создавались как чисто феноменологические, и лишь позже по-
явились некоторые обобщающие принципы.
Как уже упоминалось вначале, рост можно рассматривать
в двух аспектах:
1. Как скалярные процессы увеличения массы. Такое рас-
смотрение приводит, в частности, к построению уравнений аб-
солютной скорости роста во времени;
2. Как пространственно организованный процесс. При этом
исследуются различия в относительных скоростях роста между
различными частями организма, между частью и целым, между
различными направлениями внутри одного и того же зачатка.
Они также описываются рядом уравнений, в которых время
обычно не участвует.
Уравнения скорости роста
Лишь в очень редких случаях при исследовании роста мно-
гоклеточных животных необходимо подсчитать общее число кле-
ток: как правило, интерес представляет усредненный прирост
массы зачатков, состоящих из очень большого числа клеток.
Поэтому уравнение (1) практического применения обычно не
имеет, и из него заимствуется лишь принцип автокаталитиче-
ского роста, т. е. размножения каждой единицы живой массы.
Соответствующее уравнение в дифференциальной форме
следующий вид:
-^-=kW,
dt
т. е. скорость роста пропорциональна массе. Удобна и
форма записи:
1 dW 1
-------= R,
W dt
имеет
(3)
такая
(За)
выражающая постоянство скорости удельного роста (роста
171
единицы массы ткани). Интегрируя уравнение (3), получаем в
логарифмической форме следующее:
InlT = kt, (4)
или, потенцируя,
W = eht. (4а)
Коэффициент k называется скоростью роста. Как видно
из (4), при постоянном k в полулогарифмических координатах
рост будет выражаться прямой линией.
У большинства организмов, однако, скорость мультиплика-
тивного роста по ходу развития снижается, хотя сам принцип
мультипликативности (вовлечение делящихся клеток в новые
деления) в масштабе целого зачатка или организма сохраняет-
ся. Поэтому скорость роста часто в большей или меньшей сте-
пени приближается к S-образной кривой (рис. 70, А). Основные
Рис. 70. Некоторые графики роста.
А — лабораторных крыс: 1 — S-образная кривая при нормальных условиях
питания, 2 — рост в условиях голодания, 3 — компенсаторный рост после
прекращения голодания (по Мине и Клевезаль). Б — графики аллометриче-
ского роста некоторых растений (по Гексли)
усилия исследователей, разрабатывающих теории роста, были
обращены на описание и объяснение именно второй ветви этой
кривой (замедления роста). Здесь можно выделить по меньшей
мере два направления, которые в некоторых точках пересека-
ются и во всяком случае не исключают одно другое:
1. Представление о росте как о саморегулируемом процес-
се. Это, по преимуществу теоретическое, направление вело к
построению уравнений, где скорость роста рассматривалась как
функция достигнутых размеров или времени;
172
(5)
2. Экспериментальные поиски ингибиторов и стимуляторов
роста. Рост в данном случае рассматривается как управляемый
извне процесс.
Первое направление представлено довольно пестрым набо-
ром математических концепций роста: некоторые из них носят
явно феноменологический характер, другие же содержат указа-
ния на биологический смысл рассматриваемых величин.
Одним из первых было предложенное Робертсоном так на-
зываемое логистическое уравнение скорости роста:
dW. uxwL-W 1 dW
kw или — • = k
dt--------------------------------L-W dt-L
где L — конечная масса органа или организма в целом. Долгое
время это уравнение было чисто эмпирическим; в последнее
время делаются попытки истолковать его на более общих осно-
ваниях. Мы не имеем возможности на этом подробно останав-
ливаться и отсылаем интересующихся к книге А. И. Зотина
(1974). Более поздние авторы предлагали разбивать кривую
роста на ряд таких участков, чтобы для всех них выполнялась
экспоненциальная зависимость, но от участка к участку скач-
ком или плавно менялось бы лишь значение константы k. В этом
случае рост описывался системой из двух уравнений, пер-
вое из которых соответствует (За), а второе выражает умень-
шение константы k:
(6)
(7)
Р ~dt
1 dk .
------= —а.
К dt
Решая их, получаем так называемую функцию Гомпертца,
удовлетворительно описывающую рост ряда тканей и целых жи-
вотных:
(8)
где
— — /3—a/
P dt
P — константа интегрирования уравнения (7).
Ранние этапы замедления мультипликативного роста хоро-
укладываются и в так называемое параболическое уравне-
роста, предложенное И. И. Шмальгаузеном. Оно, опять-та-
исходит из уравнения (За), но допускает, что константа k
шо
ние
•КИ,
обратно пропорциональна времени развития t
1 dW _ k
W dt ~ t
или в интегральной форме
W = tk.
(9)
(9a)
173
Параболический закон хорошо описывает скорости не толь-
ко различных ростовых, но и обменных процессов в развитии
куриного зародыша, причем значение k дискретно меняется в
некоторые моменты развития.
Все перечисленные уравнения были, по крайней мере исход-
но, феноменологическими. Они описывали рост, но не содержа-
ли в себе указаний на внутренние механизмы изменений его
скорости. Более глубокие принципы для интерпретации роста
предлагаются в теориях, рассматриваемых ниже; некоторые из
вышеприведенных уравнений удалось вывести из них как част-
ные случаи.
Уравнение аккреционного роста имеет весьма
простой вид:
-77- = *. (10>
т. е. скорость роста постоянна.
Целостные подходы к процессам роста
Для роста организмов характерны проявления целостности,
вполне аналогичные тем, с которыми мы уже ознакомились при
изучении раннего развития. Прежде всего, рост, так же как и
формообразование, обладает свойством эквифинальности. В дан-
ном случае она выражается в том, что особь стремится до-
расти до типичных видовых размеров, несмотря на самые раз-
личные возмущающие факторы: малые исходные размеры (в слу-
чае, например, однояйцевых близнецов), иные, чем в норме,
размеры отдельных клеток (в случае ненормальной плоидно-
сти), временное голодание. В последнем случде при возобнов-
лении постоянного питания наблюдается усиленный компенса-
торный рост (рис. 70, А). В -следующем разделе мы увидим,
что эквифинальностью обладает не только масса, но и’пропор-
ции тела.
Попытка положить в основу роста его размерную эквифи-
нальность была предпринята в 20-х годах XX в. Пюттером и
Берталанфи. Основная их идея чрезвычайно проста. Они начали
с того очевидного утверждения, что прирост массы живых тел
представляет собой разность синтеза и распада живой материи.
Далее, они предположили, что скорость синтезов пропорцио-
нальна поверхности тела, поскольку эта поверхность равна или
пропорциональна поверхности поглощения кислорода, а синтезы
требуют энергии дыхания; скорость же распада пропорциональ-
на объему тела, потому что распад — процесс автономный.
Так как при росте тела объем увеличивается быстрее поверх-
ности, рост будет постепенно замедляться до полной остановки;
достигнутая к этому времени масса тела и будет окончатель-
ной. Соответственное уравнение имеет вид
174
— = NP — kel3, (11)
dt *
гд$ I — линейные размеры животного, N и kg— константы.
Если принять, что масса пропорциональна объему, а поверх-
ность — двум третям объема, то уравнение (11) можно запи-
сать в виде
= (12)
где m/n = 2/3, N и kg— константы, Р — масса.
Позже выяснилось, что т/п не для всех животных равна
точно 2/3; эта константа у разных видов принимает значение
от 2/3 до 1. Она совпадает с константой интенсивности дыха-
ния q, выражающей отношение между логарифмом потребле-
ния кислорода и логарифмом массы животного. Область значе-
ний, которые принимает эта константа, имеет довольно ясный
биологический смысл: если 7 = 2/3 в точности соответствует до-
пущению о поглощении кислорода только поверхностью тела, то
2/3^7<1 соответствует допущению о пониженном проникнове-
нии кислорода также и в более глубокие слои, a q=\ — рав-
номерному поглощению кислорода всем объемом ткани. Поэто-
му в общей форме уравнение (11) записывается следующим об-
разом:
^ = NP0-kg Р. (13)
d i &
Видно, что при 7=1 уравнение (13) переходит в уравнение
(3) константного экспоненциального роста. По А. И. Зотину,
если приравнять kg=0, т. е. устранить член, выражающий ра-
спад, то (13) может быть приведено к параболической форме,
т. е. к уравнению Шмальгаузена (9), а при определенных усло-
виях (вблизи от стационарного состояния, т. е. когда рост бли^
зок к завершению) от уравнения (13) можно перейти к функ-
ции Гомпертца (8). Таким образом, многие феноменологические
уравнения роста выводятся из теории Пюттера-Берталанфи в ви-
де частных случаев.
В последнее время развиваются, однако, еще более общие
подходы, связанные с рассмотрением организма как термодина-
мически открытой системы, стремящейся к стационарному со-
стоянию. Такие взгляды развиты Н. Пригожиным, а примени-
тельно к процессам роста также и А. И. Зотиным. Движение
открытых систем к стационарному состоянию связано с умень-
шением удельной скорости продукции энтропии, которую мож-
но приравнять к скорости удельной теплопродукции и дыхания.
Ряд данных действительно показывает, что коэффициент q с
возрастом действительно понижается, и это дополнительно по-
нижает скорость роста.
175
Экспериментальные исследования роста вы-
явили ряд факторов, более или менее специфично тормозящих
или стимулирующих рост. Об этом мы имеем возможность ска-
зать лишь несколько слов. У многих беспозвоночных (кишечно-
полостные, кольчатые и плоские черви) обнаружены ингибито-
ры роста и регенерации, выделяемые «доминантными» (обычно
головными) отделами тела. Они подавляют рост зад-
них отделов тела. У разных видов эти ингибиторы в
неодинаковой степени специфичны. В последние годы немалое
внимание привлекло открытие так называемых кейлонов —
судя по всему, тканеспецифичных ингибиторов митотической ак-
тивности и, следовательно, роста. В их действии еще много за-
гадочного. Имеются данные по тормозящему влиянию на рост
экстрактов из гомологичных тканей: например, экстракт из
эмбрионального мозга цыпленка тормозит дифференцировку
мозга зародыша. Возможно, что в основе торможения роста ле-
жат иммунологические механизмы.
Из числа факторов, стимулирующих рост, в первую очередь
надо упомянуть гормоны щитовидной железы и гипофиза. Из-
вестны и другие ростстимулирующие факторы, например, от-
крытое итальянским биологом Леви-Монтальчини белковое ве-
щество, вызывающее гипертрофический рост некоторых нервных
ганглиев у зародышей птиц и новорожденных млекопитающих
(так называемый «фактор роста нервов»). Исследования в этом
направлении имеют большое не только теоретическое, но и при-
кладное значение.
Тем не менее, исходя из основных задач нашего курса,—
дать представление о наиболее общих закономерностях разви-
тия — хотелось бы обратить внимание на то, что рост больших
дифференцированных организмов с множеством частных внут-
ренних взаимосвязей может быть все же описан как целостный
процесс, зависящий от простых и фундаментальных переменных
времени и общей массы (размеров) организма. Следовательно,
множество частных процессов, слагающих рост, достаточно эф-
фективно интегрируется. Это становится особенно ясным при
рассмотрении пространственной организации роста. Уже из урав-
нения Пюттера-Берталанфи видно, что. поверхностные слои
должны’ расти быстрее внутренних. На самом же деле прост-
ранственная, организация роста еще более сложна и закономер-
на. Именно с ней в значительной степени связана видовая спе-
цифичность формы организмов.
Пространственная организация роста и видовая форма
Аллометрия мультипликативного роста. Уравнения алло-
метрического мультипликативного роста могут быть выведены
путем исключения времени из уравнений (3, За). Напишем, на-
пример, уравнения (3) для масс или линейных размеров х и у
двух различных частей организма:
176
-^=fe1x;
di 1 dt
= k^y.
Разделив второе на первое и приравняв
получаем
-^- = ^
dx х
(14)
или в интегральной логарифмической и потенцированной фор-
мах
1пу = /<1пх + 1п6, (15)
у = Ьх\ (15а)
k называют коэффициентом аллометрического роста. Понятно,
что если А>1, то у растет быстрее х и наоборот. В логарифми-
ческих координатах константный аллометрический рост выра-
зится прямой линией.
Аллометрические уравнения были предложены Дж. Гексли
в 1924 г., и их справедливость была проверена им и другими ис-
следователями на обширном материале (рис. 70, Б). Линей-
ность аллометрических соотношений выдерживается в весьма
широких пределах. Замечательно, что она соблюдается не толь-
ко при какой-либо одной, оптимальной абсолютной скорости
роста, но и при любых, незакономерных ее вариациях, вызван-
ных, например, колебаниями внешних условий.
Особенно подчеркнем то, что аллометрические соотношения
приложимы не только к массе, но и к размерным показателям.
Так, х и у в аллометрических уравнениях могут выражать по-
ложим, массу правой и левой клешней краба, или массу клешни
и целого краба. Но они могут обозначать также ширину и дли-
ну тела растущего краба, листа или плода растений. Очевидно,
что во всех подобных -случаях при k= const =#1 (пропорции за-
чатка по мере роста будут монотонно меняться. Такой, наибо-
лее обычный тип роста называют константно-анизомет-
рическим. Константность k выдерживается обычно- весьма
точно на достаточно длительных отрезках развития, поэтому
различия порядка второго десятичного знака представляют со-
бой уже устойчивые, генетически детерминированные расовые
или видовые признаки.
Вот значения k для соотношения продольного и поперечно-
го прироста листьев нескольких видов хлопчатника:
177
Lysimachia nummularia — 0,78
Antirrinum majus var. Cattleya — 1,02
Antirrinum majus var. Twilight — 1,07
Linuria vulgaris — 1,28
Anarachis canadensis — 1,43
Marica sp. — 1,58
Таким образом, аллометрический рост — одно из основных
средств достижения видоспецифической формы. Его биологиче-
ский смысл можно видеть в том, что организму в ходе роста на-
до сохранять не геометрическое, а' физическое подобие,
т. е. не превышать определенных отношений между массой тела
и размерами опорных (элементы скелета) и двигательных
(мышцы) органов. Поскольку с ростом тела масса возрастает
в третьей степени, а сечения костей — лишь во второй степени,
то, чтобы растущий организм не был раздавлен собственной тя-
жестью, кости должны расти в толщину непропорционально быст-
ро: если в уравнении (15—15а) у — ширина кости, а х — ее дли-
на, должно соблюдаться k>\. Ввиду своего важного биологиче-
ского значения, коэффициенты аллометрического роста могли
подвергаться давлению естественного отбора и генетически закре-
пились, вероятно, наиболее выгодные из них. О значении алло-
метрии для эволюции мы еще будем говорить. Вместе с тем до
сих пор не ясно, какие гистологические и генетические механиз-
мы регулируют значение k с такой точностью. Может быть такая
регуляция осуществляется путем изменения растяжимости клето-
чных стенок, но это лишь предположение.
Сами же направления максимального и минимального ани-
зометрического роста закладываются, судя по всему, еще в
эмбриональном развитии и связаны с процессами поляризации
зародыша, рассмотренными ранее (гл. 2 и 3). Рост только уси-
ливает эту поляризацию. Понятно, что она становится тем зна-
чительнее, чем дольше продолжается рост.
Аллометрия аккреционного роста. Аллометрические уравне-
ния для аккреционного роста выводятся аналогично тому, как
это было сделано для мультипликативного роста. Исключая
время из уравнений типа (10), получаем
— = &, (16)
d у
x = ky, (17)
где х и у, опять-таки могут быть разными величинами, в том
числе размерами одного зачатка в различных направлениях. Из
уравнения (17) .следует, что при аккреционном росте (в проти-
воположность, как мы только что видели, мультипликативному)
сохраняется геометрическое подобие. Примером может служить
рост конических раковин или рогов.
Более сложный случай аккреционного роста — рост спирально закручен-
ных раковин брюхоногих моллюсков. Его можно также описать уравнением
178
(16), приняв за х направление радиуса R спирали, а за (/ — направление
вдоль поверхности раковины (тангенциальное). Тогда
dx = dR,
а для любой спирали элемент ее дуги
dy = Rda,
где а — центральный угол данного элемента дуги. Подставляя полученные вы-
ражения в уравнение (16), имеем
dR = kR da,
или в интегральной форме
In R = /га.
Мы приходим к широко известному уравнению логарифмической спирали, ко-
торое описывает форму большинства раковин. Теперь нам понятен его биоло-
гический смысл.
В случае объемных (турбоспиральных) раковин уравнения типа (16)’ надо
написать для каждого измерения отдельно, причем их коэффициенты в общем
случае будут неодинаковыми.
Градиенты роста
Хотя значения коэффициентов k аллометрического роста и
остаются-постоянными для достаточно обширных областей заро*
дыша и отрезков развития, они все же могут быть различными
в разных отделах тела. Например, вдоль конечностей членисто*
ногих и позвоночных значения k образуют довольно плавные
градиенты.
Так, у краба, если-принять k промежуточного сегмента ко-
нечности за 1, для дистального района k 'будет равно 1,05, а для
проксимального — 0,9. Отсюда видно, что рост усиливается в
проксимо-дистальном направлении. В конечностях овцы измерен
обратный градиент с высшей точкой в проксимальном районе.
Иногда градиенты роста весьма крутые (так, у жука-оленя k па-
дает от 2,4 до 1,0 в передне-заднем направлении от мандибул до
торакса); иногда более плавные, но тоже заметные (задне-перед-
ний градиент роста у крабов).
Модификации градиентов роста представляют собой распро-
страненный способ видовых изменений формы. Здесь можно раз-
личать два типа изменений, связанных между собой переходами.
Первый состоит в усилении или ослаблении градиентов без изме-
нения их направления. Второй может быть связан с изменениями
направлений ростовых градиентов путем постепенных и целост-
ных преобразований, которые называются в топологии гомеомор-
фными.
Первый способ ясно прослеживается, например, на конеч-
ностях позвоночных. Эволюционные ряды, ведущие к формирова-
нию конечности непарнокопытных, рукокрылых, или приматов
могут быть представлены как плавные изменения градиентов ро-
179
е
СТО)
Рис. 71. Преобразования родственных форм методом трансформации координат (по < Д’Арси Томпсону);
А, Б — преобразование контуров рыбы Diodon (А) в контуры луны-рыбы Orthagoriscus (Б); В—Ж — преобразо-
вание тазового пояса ископаемой первоптицы Archeopteryx (В) через гипотетические стадии (Г—Е) в тазовый
пояс ископаемой птицы Apatornis (Ж) (по Гексли)
ста без перестроек его основы. Сравнение разви-
тия конечностей обезьяны и человека показало,,
что сохраняется и «временной рисунок» роста:
усиления и замедления роста приходятся на оди-
наковые периоды развития, но имеют у разных
видов неодинаковую интенсивность.
На целостные непрерывные преобразования ро-
стовых градиентов как на способ эволюции форм
обратил внимание английский биолог Д’Арси Томп-
сон. Он применил для их описания метод «транс-
формации координат». Бели наложить на контур
целого животного или какого-либо органа прямо-
угольную сетку координат, а потом подвергать
координатную сетку достаточно простым непре-
рывным деформациям (растяжению, сжатию, ско-
су), то, зарисовав тот же контур в деформирован-
ной координатной сетке, можно получить реальные
формы видов, родственных исходному (рис. 71).
Нетрудно убедиться в том, что томпсоновы транс-
формации координат выражают плавные усиления
или ослабления роста. Правда, по ним не всегда
можно судить, какие параметры ростовых процессов
меняются от вида к виду. Кроме того, нетривиаль-
ный смысл имеют лишь «достаточно простые» пре-
образования, а критерий простоты трудно сформу-
лировать в строгой форме. Построения Д’Арси
Томпсона принадлежат к одним из самых краси-
вых в биологии, но необходима еще большая рабо-
та для понимания того, какие законы они выражают
и какого размера систематические группы могут
быть охвачены этими законами. По-видимому, по-
добные непрерывные преобразования постэмбрио-
нальных процессов достаточны для описания видо-
вых различий лишь в пределах отрядов или клас-
сов; различия между более крупными систематиче-
скими группами связаны с дискретными пре-
образованиями процессов раннего эмбриогенеза.
Мы еще вернемся к этим вопросам в двух послед-
них главах.
ЛИТЕРАТУРА
3 о т и н А. И. Термодинамический подход к проблемам
развития, роста и старения. М.„ «Наука», 1974.
Мина М. В., К л е в е з а л ь Г. А. Рост животных. М.,
«Наука», 1976.
С и нн от Э. Морфогенез растений. М., ИЛ, 1963.
Раун Д., Стэнли С. Основы палеонтологии. М., «Мир»,
1974.
181
Глава 11
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
ОРГАНИЗАЦИИ ОНТОГЕНЕЗА
Основной вопрос эмбриологии. — Развитие в тер-
минах теории симметрии. — Явления диссимметри-
зации в развитии. — Диссимметризация, принцип
П. Кюри и неустойчивость. — Неустойчивость и
устойчивость в биологических системах. «Ката-
строфы», креоды, эпигенетический ландшафт. —
Структурные уровни и их параметрические взаимо-
действия
Основной вопрос эмбриологии
Даже в пределах нашего краткого курса мы могли убедить-
ся, сколь разнообразны процессы, слагающие развитие. Можно
ли сформулировать общие вопросы, отражающие наиболее су-
щественные черты любого процесса развития? Попытаемся это
сделать.
Вспомним то определение эмбриологии, которое мы дали в
гл. 1. В соответствии с ним эмбриология — наука о процессах
существенно ациклических и, как правило,. необратимых: даже
если зародыш находится в неизменных внешних условиях, неко-
торая начальная стадия его развития А обязательно сменится
стадиями В, С. Очевидно, что главная проблема развития состоит
в отыскании причин для таких переходов: мы хотим
понять — почему, на каком основании некоторая стадия А оказы-
вается нестабильной и необходимо сменяется следующей, вполне
определенной стадией В, и так далее. Нередко этот вопрос назы-
вают вопросом о «движущих силах развития». Слово «сила»
здесь надо понимать в весьма фигуральном смысле.
С тем, что примерно таков основной вопрос эмбриологии, со-
гласятся, пожалуй, почти все. Но большинство эмбриологов ду-
мают, что ответ на него будет, вообще говоря, совершенно различ-
ным для каждого конкретного перехода, и решение задачи со-
стоит в возможно более подробном его аналитическом исследова-
нии: если (расчленить структуру стадии А на микроскопические
слагаемые a2i а3,..., и структуру стадии В — на макроскопиче-
ские слагаемые в2, в3,..., то обнаружатся однозначные и един-
ственные в своем роде («специфические») причинно-следственные
отношения «1—а2—>в2,..., простое суммирование которых и
даст наблюдаемый макроскопический переход А—>В. Именно та-
кова методология механики развития, и ее восприняла в основных
чертах современная экспериментальная эмбриология.
182
Но мы знаем, что еще при самом зарождении механики раз-
вития были поставлены опыты, подорвавшие представления об
обязательной микроскопической однозначности процессов разви-
тия. Речь идет о хорошо знакомых нам опытах по эмбриональным
регуляциям и о наблюдениях за регуляционными процессами в
нормальном развитии (гл. 6). Их результаты можно обобщить
в следующих выражениях: некоторая структура (в1), присущая
стадии В, может возникнуть не только из наличествующей на
стадии А материальной структуры но также из структур
а одна и та же структура аьв нс^рме переходящая лишь
в может одновременно с этим породить также и в2, в3,
причем все это не нарушит макроскопической однозначности пе-
рехода А—Иными словами, даже при сравнительно неглубо-
ком экспериментальном расчленении процесса развития выявля-
ется неоднозначность и ветвление элементарных причинно-
следственных связей.
Явления эквифинальности показывают, что в некоторых слу-
чаях эта неоднозначность даже выходит на макроуровень, и тог-
да вслед за стадией А вместо нормального следования В, С, Д
может наблюдаться иное (Вь Д1), однако окончательный ре-
зультат Е останется тем же самым.
Тенденция к макроскопической однозначности при далеко
идущей неоднозначности связей между микроскопическими ком-
понентами заставляет думать, что для решения вопроса о движу-
щих силах развития необходимо не столько аналитическое, сколь-
ко целостное его рассмотрение. Именно этим мы теперь и зай-
мемся, причем в два последовательных этапа. Сначала попыта-
емся описать процессы развития в терминах теории симмет-
рии1. Это весьма общий язык: на нем невозможно выразить
многие подробности организации зародыша, но именно его общ-
ность позволяет выявить некоторые фундаментальные черты ди-
намики развития. После этого нам будет легче перейти к обсуж-
дению основных черт теории процессов развития.
Развитие в терминах теории симметрии
Почти любой процесс развития (ооплазматическая сегрега-
ция, всевозможные морфогенезы, цитодифференццров'ка, алломет-
рический рост) есть упорядоченное усложнение. Под
усложнением (морфологическим) мы понимаем здесь то, что по.
мере развития количество всевозможных морфологически разли-
чимых особенностей возрастает (чему соответствует отмеченное
выше ветвление элементарных причинно-следственных цепей); а
говоря об упорядоченности, мы имеем в виду то, что при этом ус-
ложнении не возникает хаоса. Все это можно выразить, исполь-
зуя понятие п о р я д к а симметрии.
1 Для первоначального ознакомления с теорией симметрии рекомендуется
книга А. В. Шубникова и В. А. Копцика «Симметрия в науке и искусстве».
18а
Порядком симметрии называется число различных преобра-
зований симметрии (поворотов, отражений, переносов), совме-
щающих данную фигуру саму с собой. Шар обладает симметрией
бесконечного поряда потому, что он совмещается сам с собой при
повороте вокруг любой оси на любой угол; кроме того, через лю-
бую его ось можно провести бесконечное число плоскостей зер-
кального отражения. Симметрия шара выражается символом
оо/оо • т.
Будем теперь постепенно понижать порядок симметрии ша-
ра. Это можно делать в принципе двумя путями: либо деформи-
руя его (геометрическая диссимметризация), либо, не меняя его
формы, выделять на нем особые точки, например, с помощью
цветных меток (цветная диссимметризация). Для начала «поля-
ризуем» шар либо геометрическим способом (выточим из него
конус), либо цветным (поставим метку в любой его точке). Полу-
ченная фигура может быть совмещена сама с собой также при
повороте на любой угол, но уже только вокруг выделенной оси;
точно также лишь через эту ось пройдет связка плоскостей отра-
жения. Поляризация снизила порядок, а точнее — мощность по-
рядка симметрии фигуры. Симметрия выразится теперь симво-
лом оо -т.
Дальнейшая диссимметризация может быть достигнута либо
вытачиванием на конусе ребра, либо.нанесением на поверхность
шара еще одной цветной точки. После этого у тела пропадут оси
симметрии, но останется зеркальная плоскость симметрии, прохо-
дящая через выточенное ребро или через две выделенные точки.
Такой вид симметрии обозначается 1 • пг. Если выточить еще одно
ребро, не лежащее в одной плоскости с осью конуса, или придать
конусу винтовую форму, или нанести на поверхность шара еще
одну цветную метку, не лежащую на одном меридиане с двумя
предыдущими, то плоскость симметрии пропадет. У тела не оста-
нется элементов симметрии, и единственное (условное) преобра-
зование симметрии, которое можно выполнить, это поворот вок-
руг любой оси на полный круг. Такие тела называют асиммет-
ричными, а их порядок симметрии обозначается символом 1. Тела
же, лишенные плоскостей симметрии, но* сохраняющие оси сим-
метрии различного порядка, называются диссимметричными. Как
асимметричные, так и диссимметричные фигуры существуют в
правой или левой разновидностях, называемых энантиоморфны-
ми.
Явления диссимметризации в развитии
Из сказанного видно, что понятие диссимметризации довольно
хорошо и полно выражает то, что мы называли морфологическим
усложнением. Более того, рассмотренные абстрактные примеры
диссимметризации соответствуют ранним этапам онтогенеза: ис-
ходно шаровидная (симметрия оо/оо • пг) яйцеклетка сначала по-
184
ляризуется (симметрия оо./и), затем происходит выделение са-
гиттальной 1плоско€ти (симметрия 1-т) и, наконец, возникают
лево-правые различия (что у Спир алий относится к периоду дроб-
ления, а у вторичноротых — к более поздним стадиям).
Процессы диссимметризации в раннем онтогенезе можно от-
нести как к геометрическим, так и к цветным. Например, спираль-
ное дробление приводит к геометрической диссимметризации
дробящегося яйца, а появление серого серпа — в буквальном
смысле к цветной диссимметризации яйцеклетки, которая в гео-
метрическом смысле еще сохраняет симметрию шара.
Диссимметризация сопровождает и более поздние морфогене-
тические процессы, например, превращение почти шаровидного,
с однородными стенками глазного пузыря во взрослый глаз весь-
ма сложной формы и структуры. Любой из широко распространен-
ных и разнообразных процессов метамеризации -связан с пониже-
нием трансляционной симметрии закладки (симметрии пере-
носов). Действительно, еще не подвергнутая метамер из ац-ии зак-
ла'дка (эпителиальный пласт, клеточная масса) совмещается сама
с собой при сдвигах на любое расстояние ib каком-либо или даже
в различных направлениях. После расчленения закладки на оди-
наковые между собой метамеры (гомономная сегментация, как у
кольчатых червей) совмещение еще может произойти, но лишь
на длину метамера; а если, как чаще бывает, последовательные
метамеры по своему строению различны (гетерономная сегмен-
тация тела членистоногих, расчленение конечности позвоночных
и т. д.), то трансляционная симметрия закладки как целого после
метамеризации вовсе утратится. Однако каждый метамер в от-
дельности еще может сохранить в себе элементы симметрии. По-
теря последних связана, как правило, уже с цитодифференци-
ровкой, которая может быть, вообще говоря, обозначена как цвет-
ная диссимметризация.
В приведенных примерах мы оперировали, так сказать, мыс-
ленными, воображаемыми переносами и другими симметричными
преобразованиями. Однако их можно сделать и реальными: все
содержание экспериментальной эмбриологии сводится, по сути де-
ла, к реализации этих преобразований. Мы уже знаем, что почти
для каждого вида многоклеточного организма можно найти та-
кую достаточно раннюю стадию развития, когда переносы или по-
вороты его частей не препятствуют достижению типичного нор-
мального результата развития. Эмбриологи в этих случаях гово-
рят, что судьба частей зародыша еще не определена. Мы теперь
можем это же выразить в таких словах: на достаточно ранних
стадиях зародыши симметричны, по признаку судеб своих частей.
Или же можно сказать так: на достаточно ранних стадиях даль-
нейший путь развития зародыша устойчив к испытываемым
с и м м етр и й.н ы м пр-еобр а з ов ан ия м.
С другой стороны, почти всегда (исключение — некоторые
низшие организмы с постоянными и очень высокими регенера-
185
ционными способностями) существует и такая достаточно позд-
няя стадия развития, когда аналогичные перемещения частей
уже непоправимо искажают путь дальнейшего развития. В эмб-
риологии принято говорить, что к данной стадии судьба частей
уже определена. Но то же самое можно выразить утверждением,
что зародыши утратили симметрию по признаку судеб своих частей,
или что дальнейший путь развития потерял устойчивость
к испытываемым симметрийным преобразованиям.
Таким образом, не только в отношении видимых статических
признаков (форма, структура, «цветные» показатели), но и в от-
ношении судеб частей по мере развития происходит диссимметри-
зация, или же потеря устойчивости. Этот вывод важен в различ-
ных смыслах. Во-первых, мы видим, что понятия теории симмет-
рии могут быть связаны не только со статическими формами или
структурами, но и с процессами развития (осуществление
судьбы части и есть процесс развития). Во-вторых, мы смогли
связать понятие диссимметризации с понятием потери устойчи-
вости. Мы (вскоре увидим, что эта связь действительно глубока.
Раз по ходу развития зародыш диссимметризуется (причем
по различным категориям признаков), то в причинно-следствен-
ных цепях развития хотя бы некоторые следствия должны обла-
дать меньшим порядком симметрии (быть диссимметричнее, или
«сложнее»), чем причины. И действительно, такие явления нам
знакомы, причем они нередки. Вспомним, например, о тех индук-
ционных воздействиях, когда структура реагирующей на индуктор
ткани оказывается гетерогеннее (т. е. диссимметричнее) структу-
ры самого индуктора (гл. 8).
Все вышесказанное имеет самое прямое отношение и к одной
из важнейших проблем биологии — к вопросу о характере свя-
зей между генами и морфологическими признаками или о том,
как гены влияют на морфогенез.
Наличие таких влияний несомненно. Среди огромного числа
выявленных на сегодняшний день мутаций развития известны и
такие, которые непосредственно затрагивают форму органа, рас-
положение различных придатков, волосков, щетинок, влияют на
рисунок покровов тела и т. п. Все подобные признаки формируют-
ся благодаря неодинаковой, дифференциальной активности клеток
.данного зачатка. Например, при неравномерном росте одни клет-
ки вытягиваются больше, другие — меньше, или же клетки вытя-
гиваются в одних направлениях, а не в других. При формирова-
нии сложных и закономерных узоров из волосков, щетинок и
т. п. даже соседние клетки ведут себя резко различным образом.
Между тем мы уже твердо знаем, что подавляющее количество
соматических клеток обладает совершенно одинаковыми геноти-
пами. Следовательно, при возникновении генетически детермини-
рованных признаков клетки с одинаковыми генотипами ведут се-
бя, как правило, совершенно, различно. Та или иная мутация ге-
нома не меняет одинаковым образом характер поведения всех
186
клеток мутантного организма, а вызывает некоторую новую, но
опять-таки дифференциальную реакцию клеток.
Этот несомненный и давно известный факт мы можем выра-
зить в терминах теории симметрии: порядок симметрии фено-
типа некоторого зачатка, или некоторой эмбриональной ткани,
как правило, значительно ниже порядка симметрии ее геноти-
п а. Действительно, эквивалентность генома практически всех со-
матических клеток означает, что генотип зачатка обладает сим-
метрией бесконечного' порядка, а возникновение в фенотипе опре-
деленной формы или более менее сложного узора неизбежно по-
нижает порядок его симметрии. Какие отсюда вытекают биоло-
гические выводы, мы рассмотрим позже.
Диссимметризация, принцип П. Кюри и неустойчивость
Процессы диссимметризации имеют самое прямое отношение
к проблеме причинности развития. Мы уже говорили, что иссле-
дователи, работавшие в рамках механики развития, стремились
найти для каждого события развития свою собственную, специ-
фическую причину. Диссимметризация — как раз такое, броса-
ющееся в глаза событие. В ряде случаев, особенно в пределах
раннего развития, как будто действительно удавалось обнару-
жить специфические дисЪимметризующие ф'акторы. Например,
как уже говорилось, поляризация ооцита в ряде случаев соответ-
ствует его положению относительно стенки гонады (гл. 2), а вы-
деление в яйце сагиттальной плоскости определяется точкой вхож-
дения сперматозоида (гл. 3). Стенку гонады и сперматозоид мож-
но рассматривать как подобные диссимметризующие факторы
(диссимметризаторы). Одно из положений теории физиологиче-
ских градиентов Ч. Чайльда (Child) гласит, 'что диссимметриза-
торы всегда должны присутствовать во внешней окружающей за-
родыш 'Среде. Дополнительно .к только что упомянутым фактам
Чайльд ссылался, например, на опыты с яйцеклеткой 'водоросли
фукус, где односторонним освещением можно вызвать поляриза-
цию (из освещенной части яйцеклетки развивается листовая пла-
стинка, из затененной — ризоид).
Вышеизложенные факты очень интересны, но выражают ли
они общее правило, всегда ли во внешней среде присутствуют
диссимметризаторы развития? Дальнейшие исследования показа-
ли, что это далеко не так. Поляризация яйцеклетки и выделение
в ней сагиттальной плоскости могут происходить и в отсутствие
внешних диссимметризаторов, или же независимо от них. Это
показано для самых различных форм, — от кишечнополостных до
млекопитающих. Яйцо лягушки способно формировать серый серп
также и в том случае, если сперматозоид искусственно введен в не-
го точно в анимальный полюс, т. е. «посажен» на ось симметрии
яйца и (поэтому не может служить диссимметризатором (опыт
П. Ньюкупа). Тем более отсутствуют внешние диссимметризато-
187
ры в более поздних процессах развития. Мы уже неоднократно
отмечали, что в ходе эмбриональных индукций реагирующая
тканЬ порождает структуры более диссимметричные, нежели дей-
ствующий на нее индуктор, и говорили о диссимметризации при
переходе от генотипа к фенотипу. Во всех этих случаях порядок
симметрии понижается как бы «сам», спонтанно.
Как это возможно? Здесь возникает сложная проблема, вы-
ходящая за рамки биологии. Стремясь найти конкретный дис-
симметризатор для каждого соответствующего онтогенетического
процесса, эмбриологи, по сути дела, исходили из важного физи-
ческого принципа, сформулированного французским физиком
Пьером Кюри в конце прошлого века (хотя они, по-видимому, с
работами П. Кюри не были знакомы). Принцип П. Кюри в упро-
щенной и обобщенной форме гласит, что ни одна физическая си-
стема не может самопроизвольно (за счет внутренних сил) пони-
жать порядок своей симметрии. И действительно, интуитивно, по
крайней мере для макроскопических систем, это как будто оче-
видно.
Однако П. Кюри не включал в рассмотрение* особую группу
физических систем, которые лишь с начала нашего века стали
предметом «особого внимания 'математиков и физиков, а в наши
дни — и биологов. Речь идет о неустойчивых системах.
Строгий анализ устойчивости и неустойчивости является пред-
метом одной из отраслей математики — качественной теории
дифференциальных уравнений. Здесь мы ограничимся самыми
общими и нестрогими определениями, вполне для нас достаточ-
ными.
Устойчивыми принято называть такие системы, к которым,
чтобы изменить их состояние (положения в случае неподвижного
тела, или траектории движения в случае движущегося тела), тре-
буется приложить некоторую конечную, но не слишком малую си-
лу. Неустойчивые системы, напротив, выводятся из своего исход-
ного состояния ничтожно малыми силам и. Один из простей-
ших примеров механических устойчивых систем — шарик, си-
дящий в лунке. Шарик на выпуклости — пример неустойчивой
системы.
В исходном, неподвижном, состоянии (если нам только удаст-
ся хотя бы на время обеспечить его во втором случае, т. е. удер-
жать шарик на выпуклости) обе системы можно считать симмет-
ричными: шарик находится на оси симметрии лунки или выпукло-
сти. Однако нетрудно видеть, что условия диссимметризации бу-
дут в обоих случаях резко различными: в первом случае нам не-
обходимо приложить для этого вполне определенную конечную
силу, во втором же мы можем быть уверены, что шарик рано или
поздно скатится от любой случайной тряски. Для неустойчи-
вых систем принцип П. Кюри теряет силу: их дис-
симметризация может происходить «как бы» спонтанно. Точнее,
для нее достаточно наличия некоторого «шума», который постоян-
188
но присутствует в реальном мире, особенно в биологических си-
стемах.
Не означает ли это, что развивающиеся системы, по крайней
мере в те моменты- своего развития, когда они «спонтанно» дис-
симметризуются, являются неустойчивыми? Действительно, такой
вывод вполне правомерен. Но чтобы он приобрел для нас конк-
ретный смысл, продолжим знакомство со свойствами неустойчи-
вых и устойчивых систем на тех же самых и немного более слож-
ных примерах.
Как можно воздействовать на шарик, сидящий в лунке, если
мы хотим вывести его за ее пределы? Это можно сделать двумя
путями: либо, приложив к шарику некоторую силу, непосредствен-
но перебросить его через край лунки, либо деформировать саму
лунку, «прокопав» ее край или даже сделать ее выпуклой. Каж-
дый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки: в пер-
вом случае процесс пройдет быстрее и в точно заданное нами вре-
мя. Однако, если приложенной силы не хватит, шарик скатится
обратно в лунку: первый путь не гарантирует, в условиях дефи-
цита силы, необратимости результата. Второй путь медленный, но
верный: мы не можем быть в точности уверены, когда шарик
скатится, но зато уверены, что в лунку он не вернется, поскольку
не стало ее самой. Первый способ связан с приложением к объек-
ту определенной силы, но не связан с изменением рельефа са-
мой системы (в данном случае — формы лунки). Второй, напро-
тив, состоит в изменении рельефа системы.
Если для устойчивых состояний или процессов мы можем вы-
бирать из этих двух способов воздействий, то для неустойчивых
систем первый способ, по сути дела, теряет смысл, так как шарик
скатится с выпуклости при действии сколь угодно малой силы,
причем направление скатывания непредсказуемо. Но, изменив
рельеф системы (например, «прокопав» в выпуклости ров), мы
можем это направление строго детерминировать.
Первый из рассмотренных нами способов управления назы-
вается силовым, второй — параметрическим. Первым
способом мы воздействуем на динамические переменные
системы — в данном случае это положение самого шарика. Вто-
рым способом мы воздействуем на параметры системы — в
данном случае это рельеф поверхности, на которой расположен
шарик. Параметры системы изменяются на порядок медленнее,
чем динамические переменные системы. Действительно, за время
скатывания шарика рельеф поверхности не изменяется, хотя в об-
щем случае можно представить себе, что он медленно деформиру-
ется (например, размывается).
Те понятия, с которыми мы познакомились, приложимы не
только к простейшим механическим, но и к значительно более
сложным, например химическим системам. Представим себе две
автокаталитические (самоускоряющиеся) реакции а—>А и в—>В,
протекающие в одном сосуде и конкурирующие за один и тот же
189
субстрат. Нетрудно видеть, что состояние равенства концентраций
веществ А и В будет 1неустойчивы1М точно так же, как неустойчив
шарик на вершине выпуклости. Сколь угодно малое, случайное
превышение концентрации А над В в силу автокаталитичности
реакции приведет к дальнейшему нарастанию скорости первой
реакции, и в конце концов вещество В останется лишь в следо-
вых количествах. Непосредственное добавление в сосуд одного из
реагентов равносильно в данном случае силовому управлению, а
изменение, каким бы то ни было способом, константы скорости од-
ной из реакций — параметрическому управлению.
Английский математик А. Тьюринг предложил в 1952 г. си-
стему уравнений,, описывающую значительно более сложную хи-
мическую реакцию, точнее — систему сопряженных реакций двух
веществ хну. При этом он учитывал скорость диффузии каждого
из веществ по длине сосуда.
В самой общей форме уравнения Тьюринга записываются в
такой форме:
*L=P(x,y)+Dx—,
dt х дт» ’
— = Q(x, y) + Du
л \ -г у dxi-
Здесь хи у — концентрации реагирующих друг с другом веществ,
Dx — коэффициент диффузии, т — длина сосуда, в котором про-
исходит реакция, Р и Q — функции, содержащие параметры ско-
ростей обеих реакций.
Расчет этих реакций на ЭВМ приводит к интересным для
эмбриолога выводам. Оказывается, что по длине сосуда-реактора
будут возникать «пятна» преимущественной концентрации то од-
ного, то другого реагента. При некоторых значениях параметров
они будут неустойчивыми, т. е. рисунок будет меняться при ма-
лейших случайных колебаниях концентраций. Существует, однако,
область значений параметров, где рисунок «пятен» устойчив. Воз-
никают так называемые диссипативные структуры, заме-
чательные тем, что они получились как бы «из ничего», т. е. из
исходного гомогенного состояния при отсутствии какого-либо на-
вязанного извне «плана строения».
Свойства реакций Тьюринга представляют большой интерес
и еще до конца не изучены (с подробностями можно ознакомить-
ся по книге Ю. М. Романовского, Н. В. Степановой и Д. С. Чер-
навского, 1975). Они показывают, что системы, обладающие неус-
тойчивостями, могут самопроизвольно не только понижать поря-
док своей симметрии, но и образовывать достаточно сложные
структуры. При этом характер рисунка и его устойчивость зави-
сят от параметров системы.
190
Неустойчивость и устойчивость в биологических системах.
«Катастрофы», креоды, эпигенетический ландшафт
Вернемся теперь к развивающимся биологическим системам.
Их самопроизвольная диссимметризация прямо указывает на то,
что по крайней мере в некоторые моменты развития они ведут
себя как неустойчивые системы. Наличие неустойчивых периодов
развития было показано и другими способами. Так, ряд исследо-
вателей (у нас в стране — П. Г. Светлов) описывали «критиче-
ские» периоды, когда зародыши особенно чувствительны к раз-
личным внешним воздействиям. Эти периоды, как правило, совпа-
дают с началом детерминации отдельных .систем органов, т. е. с
«переключениями» эмбриональных тканей на новый путь разви-
тия. Немецкий генетик Р. Гольдшмидт (Goldschmidt) выделял
подобные же «фенокритические» периоды, когда гены проявляют
свое действие. Мы уже отмечали, что фенотипическое действие
генов связано с диссимметризацией, а диссимметризация, как
правило, требует неустойчивости. Следовательно, фенокритиче-
ские периоды Гольдшмидта — это, вероятнее всего, периоды неус-
тойчивости. О значении неустойчивости в генетических эффектах
говорил еще в 1930 г. Б. Л. Астауров.
Обобщив эти результаты, английский эмбриолог К. Уоддинг-
тон назвал особо чувствительные, неустойчивые периоды разви-
тия «эпигенетическими кризами». Позже французский математик
Р. Том применил к данным периодам термин «топологические
катастрофы», или просто «катастрофы». Он желал подчеркнуть
этим то обстоятельство, что в данные моменты происходит резкий
излом, или же ветвление путей развития.
Однако, наряду с неустойчивостью в определенные моменты,
ход развития характеризуется с противоположными свойствами:
высокой устойчивостью к самым различным воздействиям — из-
менениям внешней среды, перестройкам генома, эксперименталь-
ным нарушениям целостности. Один из примеров этой устойчи-
вости — хорошо известные нам эмбриональные регуляции. Уод-
дингтон особенно внимательно исследовал устойчивость развития
к генетическим «шумам». Оказалось, что далеко не всякое изме-
нение генома влияет на фенотип: в определенные периоды раз-
вития (противоположные фенокритическим периодам) фенотип
является как бы забуференным, а ход развития, по выражению
Уоддингтона,^ «канализированным». Эти устойчивые отрезки раз-
вития Уоддингтон назвал креодами, от греческого слова, озна-
чающего «путь». Если в периоды эпигенетических кризов может
произойти диссимметризация и ветвление путей развития, то на
«канализированных» отрезках развития фенотип, напротив, ока-
зывается симметричнее и однообразнее внешних воздействий на
него.
Таким образом, в развитей чередуются (или наличествуют
одновременно, но на разных уровнях организации) сравнительно
191
короткие неустойчивые критические периоды (эпигенетические
кризы, катастрофы) и более продолжительные устойчивые, кана-
лизированные периоды (креоды). Онтогенез может быть уподо-
блен течению реки по сильно пересеченной местности, где глубокие
долины (креоды) чередуются с плоскими или даже выпуклыми
участками, на которых река расширяется или разливается на не-
сколько рукавов. Такой аллегорический образ онтогенетического
развития Уоддингтон назвал «эпигенетическим ландшафтом».
Можно сказать также, что онтогенез обладает выраженным по-
тенциальным рельефом.
Какие методологические выводы следуют из такого рассмот-
рения онтогенеза и что конкретно может стоять за этой аллегори-
ей? Прежде всего, нетрудно видеть, что системы с выраженным
потенциальным рельефом плохо управляются теми дискретными
специфическими силами, которые так любила механика развития.
Действительно, в периоды неустойчивости широкий спектр весьма
слабых воздействий может сильно повлиять на дальнейший ход
развития, а в устойчивые периоды, напротив, внешние воздействия
либо вообще не изменят скрлько-нибудь существенно ход разви-
тия, либо (если они очень сильны) — попросту разрушат систе-
му. Эмбриологи уже давно и неоднократно приходили именно к
таким выводам. Живучесть представлений о «целевой» причин-
ности в биологии, берущих начало еще от Аристотеля, и связана
отчасти с тем, что они, хотя и в архаической форме, отражали
представления о «канализированности» развития, стремящегося к
определенной цели, невзирая на различные внешние возмущения.
С другой стороны, системам с выраженным потенциальным
рельефом особенно адекватен параметрический способ управле-
ния, т. е. воздействие не прямо на динамические переменные, а на
потенциальный рельеф.
Что же представляет собой в действительности потенциаль-
ный рельеф онтогенеза и его параметры?
Структурные уровни и их параметрические взаимодействия
1Аъ\ уже хорошо знаем, что развивающийся зародыш — чрез-
вычайно сложная система, где можно выделить несколько различ-
ных, нежестко связанных друг с другом структурных уров-
ней. Не вдаваясь в тонкости, можно выделить уровень молекуляр-
ных (биосинтетических) процессов, уровень поведения отдельных
клеток и, наконец, уровень формирования целых многоклеточных
зачатков. Каждый из этих уровней обладает своим собственным
потенциальным рельефом, и в первом приближении мы вправе
изучать рельефы каждого уровня по отдельности. Вместе с тем,
для более глубокого понимания развития как интегрированного
процесса необходимо дополнительно учесть «вертикальные» меж-
уровневые связи, о которых говорилось в 1-й главе. Рассмотрим
эти вопросы, начиная с уровня молекулярных процессов.
192
То, что взаимодействующие химические реакции могут обла-
дать сложным потенциальным рельефом и формировать насто-
ящие химические структуры, мы уже видели при обсуждении
уравнений Тьюринга. В клетках протекает множество взаимодей-
ствующих и конкурирующих между собой химических превраще-
ний, и поэтому возможности для химической структуризации до-
статочно широкие,. Некоторые авторы идут даже дальше и выска-
зывают предположение, что закономерности тьюрингова типа
обословливают формирование морфологических структур в
ходе развития. Последнее вряд ли обосновано: морфологический
уровень, к ip-ассмотрению которого мы сейчас перейдем, 'слишком
далек от химического, и там действуют собственные закономер-
ности. Может быть (хотя тоже не доказано), тьюринговы законо-
мерности участвуют в формировании рисунков на покровах тела
насекомых, на раковинах и в других подобных случаях.
Обратимся теперь сразу к уровню многоклеточных зачатков,
конкретно — к изгибающимся эпителиальным пластам. Мы уже
говорили (гл. 5, 8), что изгибы пластов в ряде случаев связаны с
сокращениями их клеток и с возникающими при этом механиче-
скими напряжениями. Такая механически напряженная система
имеет свой собственный потенциальный рельеф, тесно связанный
с геометрией изгибающегося пласта. А именно, плоский напря-
женный пласт находится в неустойчивом состоянии — для него
равновозможен прогиб в обе стороны. Наоборот, уже прогнув-
шийся в какую-либо сторону пласт вступает на устойчивую траек-
торию морфогенеза: дальнейшее нарастание внутренних напря-
жений будет усиливать его прогиб в ту же сторону, но прогнуть
его в обратную сторону практически невозможно.
Отсюда $идно, что уже сама геометрия пласта и целого за-
чатка, сложенного из таких пластов, будет накладывать весьма
существенные ограничения на дальнейший ход морфогенеза. Как
показал А. Г. Гурвич, из исходной формы зачатка можно в ряде
случаев, путем несложных геометрических построений, выводить
последующую форму. Пример такой конструкции показан на
рис. 72. Был взят контур гидроидного полипа Obelia на ра’нней
стадии его развития (внутренний контур 1—1 на левом изобра-
жении, рис. 72) «и (принималось, что -скорость центробежного сме-
щения каждой точки контура зачатка пропорциональна исходной
кривизне данного участка. Это как раз и выражает устойчивое
нарастание кривизны под действием механических напряжений.
Так как весь зачаток представляет собой механически связное
целое, то участки с меньшей кривизной, окруженные участками
с большей кривизной, будут уплощаться, а впоследствии даже
(пройдя через точку неустойчивости) прогнутся в обратную сто-
рону; локализация и направление их прогиба задается поведени-
ем окружающих участков с большей кривизной. Таким образом,
возникает довольно сложная форма (контур 4—4), вполне сход-
ная с формой реального развитого гидранта (рис. 72, справа).
193
Данный морфогенез, как и всякий другой, требует, конечно,
для своего протекания самых разнообразных химических процес*
сбв. Однако не они создают потенциальный рельеф морфогенеза:
он строится, как мы видели, на основе достаточно простых зако-
номерностей, присущих целому зачатку. Поэтому морфогенез
может, в известных пределах, рассматриваться независимо от
«подстилающих» его структурных уровней. С другой стороны,
приняв во внимание межуровневые связи, мы получаем дополни-
тельные, очень эффективные возможности параметризации
(т. е. задания параметров) тех или иных событий онтогенеза.
Рис. 72. Моделирование морфогенеза зачатка гидроидного полипа ис-
ходя из принципа нарастания локальной кривизны.
Каждый предыдущий контур переводится в последующий (эти
контуры обозначены последовательными цифрами) при условии, что
векторы смещений точек зачатка пропорциональны местной кривизне
и направлены центробежно. Построение будет тем точнее, чем мень-
шими шагами оно ведется. Справа — контур реального развитого гид-
ранта (заключенного в бокаловидную жесткую гидротеку)
Можно представить себе параметризацию «снизу вверх» и
«сверху вниз». Как ясно из названий, первый тип подразумевает
параметризацию событий верхних структурных уровней (напри-
мер, формирования многоклеточных зачатков) событиями низших
уровней, например молекулярными процессами. Особенно важны
в данном случае возможности генетической параметризации. Мы
уже говорили, что очень трудно представить себе непосредствен-
ное определение генами каждого признака в отдельности, но
можно представить себе, что, влияя на скорость химических про-
цессов, механохимические свойства мембран и прочие общие па-
раметры, геном деформирует в ту или иную сторону потенциаль-
ный рельеф морфогенеза.
Параметризация «сверху вниз» означает, что морфогенети-
ческие процессы на уровне целых клеток или даже целых зачат-
ков могут модифицировать параметры внутриклеточных метабо-
лических процессов, сдвигая (по* преимуществу в точках неустой-
чивости) их течение в ту или иную сторону. Без такой параметри-
зации очень трудно себе представить решение вопроса о прост-
ранственно- временном распределении дифференцировок в целом
организме, о чем мы говорили в гл. 9.
На этом нам придется закончить свой обзор, в котором уже
и без того предположений было больше, чем твердо установлен-
ных фактов. Но таково сегодняшнее состояние вопроса об общей
•организации и движущих силах развития. Как мы видим, здесь
едва лишь начинают намечаться общие принципы подхода, еще
мало заполненные конкретным содержанием. Эту работу пред-
стоит выполнить будущим поколениям эмбриологов в содружест-
ве с биологами других специальностей й с представителями точ-
ных наук.
ЛИТЕРАТУРА
Романовский Ю. М., Степанова Н. В., Чернавский Д. С.
Математическое моделирование в биофизике. М., «Наука», 1975.
Шубников А. В., Копцик В. А. Симметрия в науке и искусстве. М.,
«Наука», 1972.
Г у р в и ч А. Г. Избранные труды. М., «Медицина», 1977.
Аптер М. Кибернетика и развитие. М., «Мир», 1970.
На пути к теоретической биологии. М., «Мир», 1970.
Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных си-
стемах. М., «Мир», 1979.
Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. М.,
«Мир», 1979.
Глава 12
ВОПРОСЫ
СРАВНИТЕЛЬНО-ЭВОЛЮЦИОННОЙ ЭМБРИОЛОГИИ
Эволюционные инварианты — архетипы, узлы сход-
ства. — Онтогенетические основы эволюционных
изменений. Филэмбриогенезы. — Что может и чего
не может дать эмбриология теории эволюции. — На-
встречу синтезу экспериментальной и сравнительно-
эволюционной эмбриологии
Задача сравнительно-эволюционнной эмбриологии — выявле-
ние тех элементов и закономерностей онтогенетического развития,
от которых зависит ход эволюционного процесса. Такое определе-
ние подразумевает, что процессы онтогенеза первичны, а ход эво-
люции вторичен >и зависит от них. Если вспомнить исторический
обзор (гл. 1), то станет ясно, что так думали не всегда. Э. Гек-
кель утверждал прямо противоположное: «филогенез есть механи-
ческая причина онтогенеза». Одним из первых ему возразил
А. Н. Северцов: «Филогенетические изменения строения взрослых
органов происходят путем изменения хода эмбрионального раз-
вития этих органов. Филогенез является таким образом функцией
онтогенеза». Из этого утверждения мы й -будем исходить.
Переходя непорредственно к предмету сравнительно-эволюци-
онной эмбриологии, необходимо напомнить, что филогенетическая
эволюция складывается не из одних только изменений хода
развития (и, как следствие — строения взрослой особи). Если бы
в эволюции не было стойкой консервативной или, лучше ска-
зать, инвариантной компоненты, т. е. тенденции к сохранению в
пределах обширных систематических групп, некоторого единого
«плана строения» (при допущении множества индивидуальных
вариантов в пределах этого плана), то многообразие форм орга-
низмов представляло бы собой сплошной хаос, и никакая система-
тика была бы невозможна. Поэтому мы начнем с того, что рас-
смотрим онтогенетические основы эволюционных инвариант и
лишь затем перейдем к онтогенетическим основам эволюционных
изменений.
Эволюционные инварианты — архетипы, узлы сходства
Уже с самого зарождения биологической систематики (конец
XVIII в.) становилось ясно, что все разнообразие форм организмов
подпадает под некоторое небольшое число различных «планов
строения». Первой попыткой выразить эту закономерность
была теория типов Ж. Кювье, о которой уже упоминалось в 1-й
196
главе. Как известно, он разделил всех известных науке животных
на типы позвоночных, членистых, мягкотелых и лучистых; Уже в то
время каждый из первых трех типов имел достаточно определенную
и содержательную морфологическую характеристику, и только тип
лучистых представлял собой искусственное образование, куда от-
несли всех беепозво1ноч1ных с радиальной симметрией. Классифи-
кация Кювье, естественно, вела к представлению об архетипах,
т. е. о некоторых идеальных прообразах каждого типа животных,
к вариациям которых можно свести все реальные формы. Ряд
естествоиспытателей первой половины XIX в., особенно из числа
так называемых натурфилософов, конструировали такие «архети-
пы», например, архетипы идеального моллюска, идеального позво-
ночного и т. п. В частности, этим занимались английские ученые
Р. Оуэн (Owen) и Т. Гексли (Huxley); последний стал впослед-
ствии (горячим дарвинистом, а .'первый создал очень важное поня-
тие гомологии, к которому мы вскоре .обратимся.
Названные ученые, начиная с Кювье, мыслили о живой приро-
де большей частью как о совокупности взрослых особей; скудость
эмбриологических представлений наложила неизгладимый отпеча-
ток на их концепции и тем самым на последующее развитие био-
логии. Так, архетипы мыслились как взрослые, а не эмбриональ-
ные формы. Поэтому вопрос об устойчивости выраженных ими
планов строения мог тоже решаться в рамках лишь тех взаимо-
действий, которые наблюдаются во взрослом организме. Именно
такой взгляд развивал сам Кювье. Он считал, что наличием устой-
чивость определенного плана строения связаны с коррелятивными
взаимодействиями между уже функционирующими органами. Пос-
леднее нашло выражение в знаменитом «принципе корреляции»
Кювье, который позволял ему, например, реконструировать весь
облик ископаемого животного по одной его кости. Мысль о сущест-
вовании каких-либо корреляций между еще не функционирующими,
только развивающимися органами, как и вообще мысль о каких-
либо собственных законах формообразования, из которых бы
выводились архетипы, была чужда Кювье. Его подход можно
охарактеризовать как функционально-телеологический:
план строения объяснялся посредством ответа, для чего он по-
лезен.
Противоположную точку зрения одним из первых пытался
•выразить французский зоолог — Этьен Жоффруа Сент-Илер, и
столкновение обеих точек зрения особенно ярко проявилось в зна-
менитом споре его с Кювье, происшедшем во Французской Акаде-
мии наук в 1830 г. В противоположность функционально-телеоло-
гическому принципу корреляции Кювье, Э. Ж. Сент-Илер выдвига-
ет принцип к о ни екс и й — связей, основанных на дофункциональ-
ном, структурно-композиционном сходстве зачатков. Э. Ж. Сент-
Илер стремился, хотя еще и в смутной форме, выразить идею
о том, что между различными органами могут быть связи, осно-
ванные не на их последующем функционировании, а на законах
197
их формообразования. Он говорил в этом смысле о «философском»
сходстве зачатков. Неясность формулировок Сент-Илера — одна
из причин того, что мысли эти не были тогда поняты, и, по мнению
большинства, спор выиграл Кювье. Однако идеи Сент-Илера не
пропали, они легли в основу понятия гомологий, сформулированно-
го в более четкой форме Р. Оуэном. Следует отметить, что очень
близко к тем же принципам подошел великий немецкий поэт и
естествоиспытатель Гете.
Понятие гомологии естественно вытекало из принципа архети-
пов. Оуэн заимствовал это понятие из элементарной геометрии, где
гомологичными называют стороны подобных друг другу фигур,
лежащие против разных углов. В этом же примерно смысле ис-
пользовалось понятие гомологии в морфологии: гомологичными
называют органы, занимающие у разных видов «те же самые»
места в плане строения. Понятно, что для установления гомологич-
ности данных органов план строения сравниваемых организмов
должен быть одинаковым. Иными словами, понятие гомологии под-
разумевает инвариантность плана строения.
Примеры гомологичных органов хорошо известны. Это, напри-
мер, парные конечности всех позвоночных — грудные плавники
рыб, конечности земноводных и пресмыкающихся, крылья птиц,
ласты китообразных, роющие конечности кротов и т. п. Еще
Э. Ж. Сент-Илер доказывал гомологию клюва птиц и челюстного
аппарата млекопитающих. Классические гомологические ряды
прослеживаются на примере висцеральных костей черепа позво-
ночных: хрящи челюстей и слуховые косточки гомологичны эле-
ментам жаберных дуг. С другой стороны, например, мезонефрос и
тазовая почка (метанефрос) негомолопичны, хотя и выполняют
одинаковые функции, так как возникают из разных закладок
(гл. 7).
Гомологии образуют фундамент анатомического мышления
современного биолога, ограничивая круг мыслимых анатомических
структур. Как остроумно заметил В. Н. Беклемишев, если бы
древние знали принципы гомологии, они не могли бы измыслить
драконов и ангелов, так как их строение противоречит принципам
гомологии ’. Вместе с тем, как показывает пример с мезо- и мета-
нефросом, для надежного установления гомологий исследователи
уже не могли ограничиться сравнением взрослых форм: им прихо-
дилось все чаще обращаться к формам эмбриональным.
Ярким выражением этой тенденции стал закон зародышевого
сходства К. Бэра (гл. 1, 7), заменивший собой «лестницы взрослых
форм». В основе закона Бэра лежала мысль, что план строения
определяется не только и не столько функциональными связями,
по Кювье, сколько некоторыми законами раннего (дофункциональ-
1 Интересно, что некоторые художники Возрождения (Кривелли) изобра-
жали крылья ангелов приделанными на ремнях или шарнирах: даже скудные
сравнительно-анатомические представления той эпохи уже не оставляли места
крыльям ангелов среди органических структур!
198
ного) эмбрионального развития. Вот почему следовало пересмот-
реть и понятие архетипа: вместо изображения взрослой формы это
должно быть изображение эмбриональной стадии, представ-
ляющей собой «узел сходства» для достаточно обширной системати-
ческой группы. Но мало того: архетип не может быть просто
статическим изображением, он должен содержать указания на наи-
более вероятные пути дивергентной эволюции данной группы. По-
пытаемся сконструировать некоторые наиболее общие архетипы,
исходя из данных сравнительной и экспериментальной эмбриоло-
гии.
1. Архетипы позвоночных. Мы уже говорили (гл. 7), что «узел
сходства» зародышей позвоночных соответствует периоду формиро-
вания осевого комплексна. На рис. 73, А, Б показана как раз дан-
ная стадия развития зародыша ам-
фибий, но не в виде статичного
изображения, а в виде карты вы-
явленных экспериментальным пу-
тем тяжей и полос растянутых и
активно ползущих клеток. Каждое
место выхода такой полосы на по-
верхность зародыша представля-
ет собой «горячую точку» — точ-
ку потенциального зарождения ка-
кой-либо новой особенности ор-
ганизации. Часть этих особеннос-
тей реализована уже у амфибий —
так, иммиграция эктодермальных
Рис. 73. Карты механических на-
тяжений зародышей амфибий.
Линии натяжений выделены жир-
ными контурами:
А — поперечный, Б —сагитталь-
ный разрезы на стадии ранней
нейрулы. Объяснения в тексте
клеток по линиям п соответст-
вует нейруляции, а линии ch обо-
собляют закладку хорды. В то же время морфогенез в облас-
тях pev и sn у амфибий лишь, едва намечен. Между тем усиление
складки pev приводит к изгибу головного мозга,.а усиление sn —
к образованию амниотических складок; обе названные особенности
составляют характернейшие прогрессивные черты организации
амниот. Таким образом, показанные на рис. 73, А, Б схемы могут
считаться выражением архетипа, за пределы которого не выходит
ни одно позвоночное, но элементы которого развиты в неодинако-
вой степени у представителей разных классов.
2. Архетип вторичноротых. Если перейти к более обширной
группе животных, лишь вершину которой представляют позвоноч-
ные,- а именно к группе вторичноротых, то ее архетип соответству-
ет более’ ранней стадии развития, примерно стадии поздней гаст-
рулы. Он показан на рис. 74, А. Парные выпячивания архентерона
соответствуют как карманам гастроваскулярной системе гребневи-
ков (рис. 74, Б), так и целомам иглокожих, кишечнодышащих и
низших хордовых (рис. 74, В). Основной эволюционный прогресс
в пределах группы вторичноротых связан со сдвигом времени фор-
мирования этого архетипа на все более ранние эмбриональные
199
стадии и с укорочением периода последующего развития. Об этом
подробнее будет сказано позже.
3. Архетип первичноротых. Общий архетип первичноротых жи-
вотных формируется на еще более ранних стадиях. Он связан с
детерминативным дроблением, и в частности с неравномерным
распределением формообразовательных потенций уже между пер-
выми двумя бластомерами. Это приводит к тому, что производные
одного из бластомеров (дорсального) займут большую часть по-
Рйс. 74. Архетип вторичноротых и его модификации:
А — схема строения личинки вторичноротых (диплеврулы) на стадии закладки
целометрических карманов; Б — схема гастроваскулярной системы взрослого
гребневика; В — образование целомов у кишечнодышащего. Ць цп, Цщ — пер-
вый, второй и третий целомы (по Беклемишеву)
верхности яйца, нежели производные вентрального бластомера, в
результате чего ротовое отверстие сместится на вентральную сто-
рону, и кишечник приобретет изогнутую форму. Раннее разграни-
чение потенций бластом еров ведет к тому, что мезодерма с самого
начала своего формирования никак не связана с гастральным
впячиванием, которое содержит лишь кишечную энтодерму. Это
определяет основное различие архетипа первичноротых от архети-
па вторичноротых.
Наиболее ясно /«узел сходства» первичноротых животных вы-
ражен в строении личинки трохофоры, у которой проявляются все
названные черты (рис. 75, А). Самые различные формы первично-
ротых —кольчатые черви, боконервные и брюхоногие моллюски»
форониды, сипункулиды — естественно выводятся из организации
трохофоры, обычно путем «добавления» зон клеточного размноже-
ния в тех или других ее местах (рис. 75, Б—Е). У моллюсков воз-
никают локальные зоны клеточного размножения на дорсальной и
вентральной стороне тела: первая приводит к образованию ракови-
ны, вторая — ноги (рис. 75, Б, Г). У членистых животных возника-
200
ет и поддерживается обычно в течение всей жизни зона клеточного
размножения, расположенная, как правило, на заднем полюсе те-
ла, где .отпочковываются последовательные сегменты (.ряс. 75, В).
В связи с этим у высших членистоногих, а именно у членисто-
ногих, «трохофорный» архетип вытесняется из развитий подобно
тому как у высших вторичноротых (позвоночные) вытесняется
архетип, связанный с энтероцельной закладкой целомов. В обоих
случаях новые «узлы сходства» располагаются на более поздних
стадиях. Если в случае позвоночных речь шла примерно о стадии
Рис. 75. Схема организации трохофоры (А) и метаморфоза важнейших
групп трохофорных животных — боконервного моллюска (Б), кольчатого чер-
вя (В), брюхоногого моллюска (Г), форониды (Д), сипункулиды (Е):
1 — кишечник, 2 — анальное отверстие, 3 — кольцо ресничек (прототрох) на
границе анимального и вегетативного полушарий, 4 — нога (по Беклеми-
шеву)
нейрулы, то у членистоногих животных этот новый «узел сходст-
ва» приблизительно соответствует метатрохофоре кольчатых чер-
вей, науплиусу ракообразных и гомологичным им стадиям других
членистоногих (рис. 76, А—Б). Названные формы — это личиноч-
ные или эмбрионизованные стадии с небольшим числом почти
одновременно возникающих сегментов, которые обладают рядом
общих черт и называются ларвальными (личиночными). Иа
данных сегментов развивается, как правило, головной отдел тела.
Более задние отделы (грудной и брюшной) образуются из после-
дующих (постларвальных) сегментов, но в целом прогресс
в эволюционном ряду членистых связан с уменьшением (олигоме-
ризацией, по А. С. Догелю) числа сегментов.
Разумеется, намеченные нами четыре архетипа (два первич-
ных и два вторичных, сдвинутых на более поздние стадии) пред-
ставляют собой довольно грубую схему, <в которую к тому же с
трудом или вовсе не укладываются некоторые группы животных
(круглые черви, погонофоры и прочие). Впрочем, в развитии пос-
ледних групп можно усмотреть различные комбинаций признаков,
описанных архетипов. Но главное состоит в том; что развитие ог-
ромного числа видов все же может быть уложено в малое число
содержательных архетипов и что оно на определенных стадиях
201
стягивается в «узлы сходства». Эти узлы, как видно, представляют
собой формы, устойчивые (инвариантные) к поистине необозримо-
му генетическому разнообразию стягивающихся к ним онтогенезов.
Таким образом, мы снова приходим к Уоддингтонову принципу
канализованности развития, но уже не на уровне внутривидовых
генетических вариаций, а на уровне обширных систематических
групп.
Рис. 7*6. Модификации архетипа членистых животных:
А — ларвальные (пунктир) и постларвальные (зачернены) сегменты при
развитии аннелиды; Б — науплиальная стадия речного рака (1—головные
лопасти, 2—4 — гомологи ларвальных сегментов, входящие в состав головы
рака, 5 — нерасчлейенный торако-абдоминальный зачаток); В — четыре по-
следовательные стадии развития первичнотрахейного Peripatus capensis
{1—щелевидный бластопор, 2 — ларвальные сегменты) (по Беклемишеву)
Такая инвариантность («канализованность») хотя бы некото-
рых узловых моментов относительно «генетических шумов» имеет,
вероятно, фундаментальное значение для эволюции, позволяя на-
капливать генетическую изменчивость без риска тут же «сломать»
устоявшийся и надежный план строения.
Онтогенетические основы эволюционных изменений.
Филэмбяиогенезы
Филэмбриогенезы, по А. Н. Северцову, — это те модификации
онтогенезов, которые порождают эволюционные изменения. А. Н. Се-
верцов предложил классификацию филэмбриогенезов, основан-
ную на том, в каком периоде онтогенеза произошли эволюционные
перестройки. Как известно, Э. Геккель утверждал, что филогенети-
ческий потомок обязан пройти (рекапитулировать) все стадии раз-
вития предка и лишь затем может «пристроить» к ним нечто новое.
Однако уже соавтор Геккеля по биогенетическому закону Ф. Мюл-
лер допускал вовможйость отклонений (девиаций) от пути разви-
202
тия предка на более ранних стадиях. Развивая эту точку зрения,
А. Н. Северцов различал: 1) допускаемые и Геккелем «надстав-
ки» развития — анаболии; 2) отклонения на средних стадиях раз-
вития (девиации); 3) глубокие перестройки на самых ранних^ ста-
диях развития данной закладки — архаллаксисы. Дальнейшим
важным шагом в разработке классификации филэмбриогенезов по
временному принципу было введение Кейбелем и Мейнертом еще
в конце XIX в. и разработка английским биологам де Биром
(de Beer) принципа гетерохроний.
Гетерохрония — это различие во временах появления или в
темпах развития тех же самых признаков между зародышами
одного вида и гомологичных признаков — между зародышами
разных видов или систематических групп. Принцип гетерохронии
оказался даже продуктивнее, чем думали его создатели, потому что
он полностью адекватен не раз упоминавшемуся нами принципу
относительной независимости большинства онтогенетических про-
цессов и наличию между ними лишь параметрических (а не
жестких причинно-следственных) связей. Кроме того, как мы
вскоре увидим, перестройки типа гетерохроний, как правило, не
нарушают устойчивость архетипов. Рассмотрим теперь, исходя
из сказанного, некоторые категории филэмбриогенезов.
Анаболии (гиперморфозы по де Биру). Классические примеры
анаболий наблюдаются у ракообразных; они были описаны еще
Ф. Мюллером в 60-х годах XIX в. Речь идет о том, что высшие
раки в своем развитии до некоторой степени повторяют на личи-
ночных стадиях онтогенез низших раков; затем к телу личинки
достраиваются отсутствующие или недоразвитые у низших раков
торакальные или абдоминальные сегменты. Примерно то же са-
мое наблюдается при сравнении развития боконервных моллюс-
ков с развитием кольчатых червей: сначала у боконервных фор-
мируется типичная для аннелид личинка — трохофора, а затем к
ней «пристраивается» нога на вентральной стороне и раковинная
железа — на дорсальной.
Однако и в названных группах эволюционные перестройки
далеко не ограничиваются одними лишь анаболиями: например, у
личинок ракообразных при каждой линьке не только достраивают-
ся сегменты на заднем конце тела, но и перестраиваются сегмен-
ты -головного конца. В целом категория анаболий представляет
собой некоторое упрощение, не соответствующее к тому же наи-
более глубоким эволюционным перестройкам. Последние, по всей
видимости, ближе всего отражаются той категорией, к рассмотре-
нию которой мы сейчас переходим.
Гетерохронии раннего развития: комплекс «неотения — педо-
морфоз — ретардация». Английский биолог де Бир был первым,
кто обратил внимание на эволюционную значимость такого, каза-
лось бы, неадекватного эволюционному процессу 'преобразования
онтогенеза, как его укорочение (не по времени, а по набору ста-
дий). Наиболее ясно это видно при сравнении таких, несомненно,
203
связанных между собой групп, как иглокожие и .низшие хордовые.
Из курса зоологии известно, что между взрослыми низшими хор-
довыми (в первую очередь, кишечнодышащими) и личинками
иглокожих имеется глубокая гомология. Именно выпадение из
жизненного цикла хордовых присущего иглокожим 'постэмбрио-
нального метаморфоза и обеспечило сохранение хордовыми била-
теральной симметрии — основы прогресса этого типа. Такое вы-
падение возможно, если половые железы созрели уже на стадии
личинки.
Половая зрелость на стадии личинки называется неотени-
е й. Низшие хордовые могут рассматриваться, по де Биру, как
неотенические личинки иглокожих. Де Бир «подчеркивает, что
такой переход мог бы осуществиться «скачком», без промежуточ-
ных стадий. Подобный тип гетерохронии (называется п е д о м о р-
фозом. Приведенный пример — далеко не единственный случай
педоморфоза.
Из эктодермального слоя взрослых коралловых полипов в
течение всей их жизни выселяются клетки, превращающиеся час-
тично в мышечные, а частично — в скелетогенные. По своим
функциям эти клетки приближаются к клеткам среднего зароды-
шевского листка — мезодермы — более высокоорганизованных
форм. Но у «последних, начиная уже с .гребневиков, мезодерма
окончательно обособляется от других зародышевых листков на
значительно более ранних стадиях. Сдвиг времен «образования -ме-
зодермы на более ранние стадии — один из (наиболее глубоких
педоморфозов.
Другой педоморфоз может быть прослежен при сравнении
выростов 1гастроваскуляр«нюй системы гребневиков и целомических
карманов -иглокожих «и низших хордовых (рис. 74, Б, В). Срав-
ниваемые структуры вполне укладываются в описанный выше
архетип вторичноротых животных (рис. 74, А). Однако у гребне-
виков они формируются на довольно поздних стадиях развития и
остаются выростами кишечника, служащими только для увеличе-
ния поверхности всасывания. У иглокожих и других 1втор1ичноро-
тых они закладываются на значительно «более ранних стадиях и
поэтому способны к дифференцировке в ином направлении, а
именно к превращению в целом. Основной смысл педоморфозов
(сдвига формирования гомологичных структур на все более ран-
ние стадии) -состоит, по-видимому, в том, «что тогда данные за-
кладки «успевают попасть» в период компетентности эмбриональ-
ных тканей, длительность которого ограничена. Это позволяет
данным закладкам изменить и разнообразить пути своей диффе-
ренцировки. Поэтому к тем же результатам, что и педоморфозы,
могло бы привести удлинение периода эмбриональной компетен-
ций. Мы уже знаем (гл. 6), что у высших позвоночных, по сравне-
нию с низшими, компетентность эмбриональных тканей расширена
как в .пространстве, так и во времени. Но удлинение периода «ком-
петентности означает замедление темпа детерминации «и развития
204
вообще. Здесь мы подходим к третьей слагаемой рассматривае-
мого комплекса — ретардации (замедлению) хода развития.
Ретардация может быть выражена как увеличением числа
клеточных поколений, проходящих до наступления определенной
стадии развития, так и увеличением абсолютного времени разви-
тия. Первый из этих признаков опять-таки очень ясно проявляется
в ряду низших хордовых — низших позвоночных. Например, гас-
труляция наступает:
у асцидии Styela на стадии 76=25 клеток
у ланцетника —»— 780=2 9 —»—
у миноги —»»— 2200=2 11 —»—
у тритона —»— 16000=2 14 —»—
и соответственно все большее число клеточных поколений оказы-
вается в компетентном состоянии. Это опять-таки повышает
резервы эволюционной изменчивости.
По мнению немецкого анатома Болька, де Бира и других ав-
торов, комплекс «неотения — ретардация» отчетливо проявляется
и в процессе антропогенеза — при сравнении развития человека
с развитием обезьяны и других позвоночных. Отмечается, напри-
мер, что во взрослом состоянии только у человека сохраняется
краниальный изгиб (значительный угол между осью головы и
осью тела), свойственный всем зародышам позвоночных, но
исчезающий у других видов во взрослом состоянии. Эмбриональ-
ные черты сохраняются у человека и в плоской фактуре лица, что
обеспечивает ему бинокулярное зрение. Черты ретардации у чело-
века проявляются в замедленном срастании швов между костями
черепа, в‘замедлении развития волосяного покрова и в ряде дру-
гих признаков. В целом строение человеческого тела сильно «эмб-
р ионизовано» по сравнению со .строением человекообразных
обезьян того же возраста.
Резюмируя, мы можем сказать, что комплекс «педоморфоз —
неотения — ретардация»» направлен на относительное
обогащение раннего периода развития за счет позднего. Поэ-
тому его можно обозначить также как эмбр ионизацию.
Создается впечатление, что эмбрионизация — это магистральный
путь эволюционного прогресса. К тому же изменения, связанные
с эмбрионизацией, прекрасно приспособлены к сохранению инва-
риантности основных архетипов. Таким образом, данный путь,
как и вообще путь гетерохроний, выгрден еще и тем, что он не
ведет к непременной ломке планов строения.
Другие гетерохронии. Описанные выше гетерохронии, связан-
ные с эмбрионизацией, далеко не исчерпывают всех вообще эво-
люционно значимых гетерохроний. Можно думать, что любая пара
разделимых процессов — потенциальный источник эволюционной
изменчивости. В этом'смысле для эволюционной биологии особый
интерес представляют те внешние условия, которые нарушают
«взаимную параметризацию процессов, т. е. разобщают их. Судя по
всему, так действует широкий спектр экстремальных условий, в
205
особенности же — относительно новые для данного вида условия,
по которым еще не произошел стабилизирующий отбор. Эмбрио-
нальная изменчивость в таких условиях должна быть значительно
выше, чем в оптимальных для данного вида условиях. Это обстоя-
тельство необходимо учитывать при оценке возможной скорости
и направлений эволюционного процесса.
Из числа гетерохроний, приходящихся на сравнительно позд-
нее развитие, но имеющих достоверное эволюционное значение, от-
метим гетерохронии ростовых процессов. В гл. 10 говорилось, что
могут варьировать как относительные скорости роста в разных
районах организма (изменяться градиенты роста), так и скорость
роста по разным направлениям одного и того же зачатка (т. е. ко-
эффициент аллометрического роста). Поскольку в обоих случаях
речь идет о независимом варьировании скоростей роста, они
вполне подходят под понятие гетерохроний. Механизм этих, каза-
лось бы, столь простых гетерохроний совершенно неясен, непонят-
но, как вообще стабилизируется в пределах вида форма росто-
вых градиентов или соотношение аллометрических приростов,
если в принципе речь идет о взаимонезависимых компонентах.
Но, как бы то ни было, гетерохрония ростовых процессов очень
ясно проявляется, например, в эволюциях конечностей копытных
животных или черепных костей различных классов позвоночных.
Что может и чего не может дать эмбриология
теории эволюции
Прежде всего, эмбриология предохраняет от упрощенных пред-
ставлений, что эволюционные перестройки есть более или менее
прямые реакции организма на изменения внешних условиях оби-
тания. Разумеется, почти никто сейчас не понимает этот тезис в
его исходном ламаркистском смысле (прямое наследование
«продиктованное средой» новообразований), однако весьма рас-
пространено убеждение, что хотя бы косвенно, через посредство
естественного отбора, внешняя среда может свободно «лепить»
онтогенез. Эмбриология же учит, что онтогенез канализован и
концентрируется вокруг устойчивых архетипов, и лишь в рамках
этих обязательных внутренних ограничений может приспосабли-
ваться через посредство отбора к условиям среды.
Таким образом, эмбриология помогает ограничить круг мыс-
лимых для данной группы организмов эволюционных перестроек.
Однако она не может указать, когда в ходе эволюции они воз-
никнут и возникнут ли вообще. Эмбриология указывает на эво-
люционные возможности, а порядок или даже самый факт
их возникновения зависел от конкретных и, как правило, непов-
торимых событий истории Земли.
Даже когда мы говорим о неотении как средстве эволюции,
мы не можем на основе одних лишь эмбриологических данных
(без привлечения палеонтологических) утверждать, что в эволю-
206
ции была сначала форма с длинным онтогенезом А—В—С, а
затем у части ее потомков он укоротился до А—В. Столь же
правомочно полагать, что сначала существовали формы с корот-
ким онтогенезом А—В, а затем у части их потомков он удлинился
до А—В—С, у других же дальнейшая эволюция пошла на основе
укороченного онтогенеза А—В. Иными словами, эмбриология ни-
чего не говорит охронологии эволюции, но зато многое может
сказать о ее содержательных возможностях. К сожалению,
до сих пор эмбриологию нередко используют наоборот: строят на
ее основе филогенетические деревья, но игнорируют канализован-
ность эволюции и инвариантность архетипов.
Навстречу синтезу экспериментальной
и сравнительно-эволюционной эмбриологии
Как уже говорилось в гл. 1, в настоящее время не существу-
ет объективных противоречий между задачами и объяснительны-
ми принципами экспериментальной и сравнительно-эволюционной
эмбриологии. Напротив, открываются интереснейшие перспективы
из взаимного обогащения. Это явилось заслугой многих ученых,
особенно Д. П. Филатова, А. Н. Северцова, Дж. Гексли, Г. де Би-
ра. Если экспериментальная эмбриология, разделяя комплексные
процессы (термин Д. П. Филатова) на отдельные компоненты,
выявляет тем самым потенциальные резервы видовой изменчивости
то дело сравнительных эмбриологов оценить, какие из этих вари-
антов действительно использовались природой в ходе эволюцион-
ного процесса, или даже подсказать экспериментатору неиспро-
бованные им комбинации процессов. Такая коррекция эксперимен-
та искусственного экспериментом природным лучше всего
предохранит нас от безудержного, теряющего смысл расчленения
живых систем и поможет нам приблизиться к пониманию гармо-
нии природы, удивительным образом сочетающую устойчивость с
лабильностью, единство целого с существенной автономией его
частей.
ЛИТЕРАТУРА
Филатов Д. П. Сравнительно-морфологическое направление в механике
развития, его объект, цели и пути. М., Изд-во АН СССР, 1939.
De Beer G. Embryology and evolution. Oxford, Clarendon Press, 1930.
ПРЕДМЕТНЫЙ
УКАЗАТЕЛЬ
Акросома 42, 43, 47
Акросомная реакция 46—48
Активация яйцеклетки 45, 48, 49
Аллантоидная ножка 129, 130
Аллантоис 116, 124, 125, 129, 130
Амнион 116, 123, 124, 128
Амниотические оболочки 114, 123,
124, 125
Амплификация генов 35, 161
Амфибластула 7*
Анаболии 203
Андрогамоны 46
Андрогенез 55
Архентерон 80, 22, 85, 125
Архетипы 15, 196—202
Биогенетический закон 16, 202
Бластодерма 61
Бластомеры 57—75, 96—98, 103, 107,
127, 114, 158
Бластопор 78—83, 86, 87
Бластопора губы 81, 82, 83
Бластоцель 73, 83
Бластоциста 127
Бластула 73, 76—85, 98, 99
Бластуляция 73
Боковая пластинка 84, 89, 99, 119,
136
Внезародышевая мезодерма 119, 129
— часть бластодермы 116
Вольфов проток 139, 146
Ворсинки вторичные 129
— первичные 129
Гаметогенез 24
Гаметы 45, 46, 49
Гастроцель 78
Гаструла 76—83, 98, 99
Гаструляция у амфибий 81—84
— типы 76—79
Гензеновский узелок 106, 117—119,
125, 128
Гертвига—Сакса правила дробления
Гетерохронии 203, 206
Гиногамоны 46
Гиногенез 55
208
Гипобласт 116—119, 125, 128, 129
Глаз развитие 134—136
Глазной бокал 135
— пузырь 134
Головная кишка 119, 121
— складка 121
Гомологии 197, 198
Гонодотропные гормоны 39, 131
Гоноциты 24—29
Граафов пузырек 32, 33, 131
Градиенты' физиологические 187
Деламинация 77, 80, 81, 114
Дерматом 138
Детерминация 28, 69, 148—150, 166—
168
Дискобластула 74
Диссимметризация 66—69, 184—191
Дифференциальная активность генов
161, 162
Дифференцировка 6, 19, 69, 71, 138,
149, 151—168
Дриша закон 99—102
Дорсальная губа бластопора 81, 82,
104, 109, 119
Дробление 57—75
— анархическое 67—69
— билатеральное 66
— голобластическое 62
— дискоидальное 62, 63, 113, 116,
126
— меробластическое 61, 113
— поверхностное 61, 62
— радиальное 65
— спиральное 65—67
Желток отложение 36—38
— распределение в яйцеклетке 38
Желточная оболочка 39
— пробка 83
Желточный мешок 114, 120
Зародышевого сходства закон 15,
ИЗ, 198
Зародышевые листки 15, 76, 149
— оболочки 116
Зародышевый щиток 116
— узелок 127
Зигота 45
Иммиграция мультиполярная 76
— униполярная 76
Имплантация 130
Инвагинация 78, 79, 81, 83
Индукторы 105, 109—112, 163—165
Индукция первичная 104—112
Индукции вторичные 145—148
Интерстициальные клетки 27
Кавитация 79, 128, 140
Кариогамия 50
Колбовидные клетки 90, 92
Ком петенция 106—108, 204
Конечности развитие 136, 137, 148
Кортикальная реакция 48
Кортикальный слой 39, 53, 54, 96,
108
Край обрастания 116
Креод 191
Кровяные островки 120
Кюри принцип 188
«Ламповые щетки» 35, 36
Мезобласты (мезотелобласты) 70
Мезодерма 15, 76, 79, 80^84, 85—87,
99—102, 124, 125, 200, 204
— целомическая 70, 79
Мейоз 35
Мембраны клеточные 49, 154—156
Метамеризация 89, 185
Метанефрос 139, 198
Миобласты 138, 151, 156
Миокард 123
Миотом 138
Мозговые пузыри 124, 134
Морула 74
Невроцель 89, 114, 140
Нейрула 87
Нейруляция 87—90, 114, 115
Необласты 27
Неотения 203—205
Нервная пластинка 88, 89, 120
— трубка 87, 89, 105, 121, 124,
. 134, 141, 146
Нервный гребень 141, 142
— желобок 89
Неустойчивость 188—195
Нефрогенная мезенхима 139, 146
Нутриментарный тип питания 31
Оболочка оплодотворения 48
Оболочки яйцеклетки вторичные 40*
— первичные 39
— третичные 40
Овуляция 32, 131
Оогенез 24, 29—40
Оогонии 29
Ооцит 30—40
Парабласт 114
Партеногенез 45, 55, 56
Педоморфоз 203—205
Первичная бороздка 117, 118, 128
— полоска 117, 128
Перибластула 74
Перивителлиновое пространство 48
Пиноцитоз 34, 131
Плазматические клетки 153
Плаценты, типы 130—131
Половая цитоплазма 70, 71, 24, 96
Полярная лопасть 70, 71, 164
— плазма 70, 71, 96
Полярность, поляризация 36, 54, 184,
187
Полярные тельца.39, 40
Презумптивных зачатков карты 84—
87
Преформизм 8, 11—16, 19
Прехордальная пластинка 84> 119
Прогестерон 132
Пронефрос 139
Пронуклеусы 50
Пуффы 161
Регуляции эмбриональные 20, 94—
104
Ретардации 203—205
Рост 6, 169—181
— аккреционный 169, 170, 174, 179
— аллометрический 176—179
— ауксетичный 169
— мультипликативный 169—174,
176—178
— пролиферационный 169
— рекуррентный 169, 170
Роста градиенты 179—181, 206
— уравнения 171—179
Сегментная ножка 138
Сегрегация ооплазматическая 51—
54, 163, 164, 168
Сердца развитие 121 — 124
Сероза, серозная оболочка 116$ 124,
125
Сертоли клетки 41, 42
Серый серп 53, 54, 82, 97, 98, 104,
Ю8—109
Симметрия 53, 183—188
Склеротом 138
Слуховой пузырек 145, 14$
Солитарный тип питания 34
Сомит 79, 84, 85, 89, 119, 138
Сперматида 41, 42
Сперматогенез 24
Сперматозоид 10, 11, 41—44, 154, 187
Сперматогонии 29
Сперматоциты 41, 42
Спермиогенез 41—44, 156
209
Спермолизины 46
Стерробластула 74
Телобластическая закладка мезодер-
мы 79
Тератома 164
Трансдетерминация 100, 166—168
Трофобласт 127—129
Туловищные складки 121
Управление развивающейся системой
силовое 189
— параметрическое 189
Фибробласт 151
Филэмбриогенезы 202—206
Фолликул 32, 33, 131
Фолликулярные клетки 32—35
Формообразование 6
Фоторецепторы 152
Халазы 41
Хемотаксис 29, 45, 141
Хондробласты 151
Хорда 84, 89, 99
Хордальный вырост 119, 129
Хорион 129
Хрусталик 136
Хрусталиковый эпителий 136
Целесообразность 8, 16, 192
Целобластула 65, 73
Целом 79, 124, 199, 200, 201
Ценогенезы 116
Цитодифференцировка 6, 151—168»
185
Цитотомия 59, 60
Эквифинальность 97
Экдизон 161, 165, 167
Экзоцелом 124, 130 ч
Эктодерма 76, 84—88, 97, 99—102,
116—120
Эндокард 123, 142
Энтероцельная закладка мезодермы
79
Энтобласт 116, 119—121-
Энтодерма 76, 84, 87, 97, 99—102,
116—120, 200
Эпибласт 116
Эпиболия 78, 81, 83, 114
Эпигенез 9, 13, 19
Эпигенетический ландшафт 191—192
Эпигенотип 166—168
Эритроидные клетки 153
Эстроген 131, 165
Яйцеклетки алецитальные 38, 59, 127
— гомолецитальные 60
— изолецитальные 60
— мезолецитальные 38, 59
— олиголецитальные 38, 59
— полилецитальные 38, 59, 113
— телолецитальные 60, 113
— центролецитальные 61
ОГЛАВЛЕНИЕ
Гла~ва 1 ПРЕДМЕТ И ИСТОРИЯ ЭМБРИОЛОГИИ 5
Глава 2 ГАМЕТОГЕНЕЗ 24
Глава 3 ОПЛОДОТВОРЕНИЕ И ОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СЕГРЕГАЦИЯ 45
Глава 4 ДРОБЛЕНИЕ 57
Г ла ва 5 ГАСТРУЛЯЦИЯ И ФОРМИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАКЛАДОК 76
Глава 6 РЕГУЛЯЦИЯ И ПЕРВИЧНАЯ ЭМБРИОНАЛЬНАЯ ИНДУКЦИЯ 93
Глава 7 ОБЗОР РАННЕГО РАЗВИТИЯ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ ПОЗВО-
НОЧНЫХ 113
Глава 8 формирование Органов. 1зз
Глава 9 КЛЕТОЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА 151
Глава 10 РОСТ 169
Глава И ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ОРГАНИЗАЦИИ ОНТОГЕНЕЗА 182
Глава 12 ВОПРОСЫ СРАВНИТЕЛЬНО-ЭВОЛЮЦИОННОЙ ЭМБРИОЛОГИИ 196
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 208
ЛЕВ ВЛАДИМИРОВИЧ БЕЛОУСОВ
ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ ЭМБРИОЛОГИЮ
Заведующая редакцией Н. М. Глазкова
Редактор Г. М. Полехова
Художник А. А. Кущенко
Художественный редактор М Ф. Евстафьева
Технический редактор Т. Е. Светличная
Корректоры М. И. Эльмус, Г, В. Зотова
Тематический план 1980 г. № 119
ИБ № 946
Сдано в набор 19.12.79 Подписано к печати 07.04.80 Л-41831
Формат 60X90V16 Бумага тип. № 3. Гарнитура Литератур-
ная. Высокая печать Усл. печ. л. 13,5 Уч.-изд. л. 15,12
Тираж 14 550 экз. Зак. 246 Цена 85 коп. Изд. № 658
Издательство Московского университета
Москва, К-9, ул. Герцена, 5/7.
Типография Изд-ва МГУ. Москва, Ленинские горы
О п еч а.т к и
Стр. Номер строки Ь апечатано Следует читать
108— 109 последняя строка на 108 с., начало 109 вий на стадии бластулы. Эмбриологи 30-х годов любили образование важных для организма структур «страхуется» более чем одной систе- мой последовательных взаимодействий, хотя бы такая страховка и каза- лась излишней для нор- мального развития. вий на стадии бластулы. Эм- бриологи 30-х годов любили называть это «двойным» или «множественным» обеспече- нием: образование важных для организма структур «страхуется» более чем одной системой последовательных взаимодействий, хотя * бы та- кая страховка и казалась из- лишней для нормального раз- вития.
НО 1-я строка сверху напечатана ошибочно и какие-то другие его свой- ства, проявляющиеся, как мы только
152 1-я снизу ровка» могут, вообще говоря, считаться сино- нимами. Перечислим ровка» могут, вообще говоря, считаться синонимами. Пере- числим ряд
173 формула (8) р * <»> J_ __ Р dt ~в
201 4-я сверху у высших членистоногих у высших членистых