нных фактов, прямым образом устанавливающих обусловленность морфологических преобразований в развитии зародышей тем или иным химическим или физическим процессом. Вот почему ряд интересных фактов о биохимии эмбрионального развития приходится сообщать после описания морфологии развития, что является (с точки зрения будущей эмбриологии) нелогичным.

Рис. 46. Зародыши паразитической медузы Cunina на стадиях дробления (А) и бластулы (?) (по И. И. Мечникову, 1886):

1 — зародыш, 2 — амебоидный фороцит

102

Некоторые факты фундаментального значения для физиологии и биохимии развития были уже сообщены: 1) своеобразие индивидуального развития бластомеров в отличие от онтогении клеток тканей, а именно: бластомеры не имеют периода роста, и с каждым новым дроблением они прогрессивно уменьшаются в размерах; 2) к пятому-шестому дроблениям у бластомеров как клеток восстанавливается нарушенное в ходе оогенеза и сперматогенеза соотношение ядра и плазмы, что обусловливает и изменения в метаболизме.

Как ни своеобразен жизненный цикл бластомеров (онтогения каждого бластомера), они являются клетками и подчиняются закономерностям онтогении клеток, вскрытым биологией (см. гл. XVII). Дробление — это процесс митоза, и при каждом дроблении хромосомный материал должен удваиваться, так как два брата-бластомера, возникающие в результате дробления, будут иметь нормальный диплоидный набор хромосом. Как и в жизненном цикле «леток тканей, в связи с дроблением количество ДНК в ядре должно удваиваться, приближаться к тетрап-лоидному состоянию. Дупликация ДНК действительно подтверждается. Р. Мак-Мастер в 1955 г. измерял количество ДНК в ядрах бластомеров, готовых к очередному дроблению в ходе развития эмбриона морского ежа Lyiechinus variegatus, начиная с только что оплодотворенной яйцеклетки до личиночных стадий; при этом автор для измерения брал произвольные бластомеры — тем более ценны его данные (табл. 2).

Было изучено общее количество ДНК и РНК у ручьевой форели на стадии синхронных делений (дроблений) и на стадиях средней и поздней гаструлы. Количество РНК и ДНК в зародыше

Таблица 2. Среднее количество ДНК ядер на ранних этапах развития морского ежа Lytechinus variegatus в условных единицах

Стадия ДНК Состояние ядра

Оплодотворенная яйцеклетка 1,11+0,6 Близкое к 4«

2 бластомера 1,02+0,4 То же

4 8 бластомеров 1,09+0,4

1.С8+0.7

16 .

микромеры 6,82+0,6 2«<4«

мезомеры 1,04+0,4 Близкое к An

макромеры 1,02+0,4 То же

28 бластомеров микромеры 1,10+0,5

мегомеры 0,95+0,6

макромеры 0,01+0,3

Бластула Эктодерма гаструлы Эктодерма раннего плутеуса 0,68+0,4 0,60+0,3 0,62+0,3 2/г<4л 2«+ Чп

103

за этот период увеличивается в 1,5—2 раза (Г. В. Донцова, Г. М. Игнатьева, ?. Н. Ротт, И. И. Толсторуков, 1970).

В оогенезе накапливается обычно большой резерв негенетической ДНК. Она содержится в основном в цитоплазме и расходуется в период дробления. Содержание «запасной» ДНК в некоторых яйцевых клетках составляет около 99 % всего количества ДНК. Ядерная ДНК ооцита также превышает количество ее в диплоидном наборе хромосом. В яйцах морских ежей и амфибий количество ДНК превышает содержание ДНК в диплоидных клетках тех же видов от 200 до 25 ООО раз. В курином яйце резерв ДНК еще больший. В яйцах сверчка Grillus в 1600 раз больше ДНК, чем в оперматозоиде.

Оплодотворение — это начало работы биохимического аппарата, от которого зависит синтез белков. С оплодотворением связано и начало функционирования нового ядра — синтез новых иРНК.

СИНТЕЗ БЕЛКА И ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ РЕГУЛЯЦИИ В РАННЕМ РАЗВИТИИ

В раннем эмбриогенезе сразу же после оплодотворения наступает активация синтетических процессов. В них вовлекаются различные РНК, ранее запасенные в ходе оогенеза. Образуются полисомы. Синтезируются в основном белки такого же типа, как в ооци-те, но в отличие от оогенеза эти белки не запасаются впрок, а сразу же используются на строительство различных клеточных структур. Параллельно с этим расходуются и те белки, которые были «отложены про запас» в ооците. Однако было бы неправильно думать, что никаких новых белков в дробящемся яйце не возникает. Небольшое количество белков регуляторного типа всегда появляется в ранний период развития. Об их образовании и значении для развития судят на основании экспериментов по блокированию белкового синтеза. Если бы все необходимые для ранних этапов развития белки были запасены в яйце, то добавление веществ, блокирующих синтез белков, не отразилось бы на ходе развития. На самом деле, по данным ряда исследователей, развитие в таких условиях тормозится.

Что касается транскрипционной активности в ранний период развития, то этот процесс видоспецифичен и разные классы РНК транскрибируются в определенной последовательности.

Исключительный интерес представляют вопросы энергетического обмена. Каков источник энергии, требующийся для всех видов морфологических и физиологических процессов при дроблении яиц? Общий, несомненно правильный ответ, что энергия образуется за счет диссимиляторных процессов, недостаточен, так как наблюдаются очень своеобразные случаи, еще не поддающиеся точному анализу.

Уже говорилось о том, что процесс активизации яйца и его оплодотворения выводит яйцо из состояния анабиоза, у некоторых

104

яиц наблюдается вспышка окислительных процессов, например, у асцидий. Но у других яиц дыхание в результате оплодотворения ослабляется (например, у моллюска Cumingia, полихеты Chaetop-terus и др.) или остается на том же незначительном уровне (например, у полихеты Sabellaria). Не доказаны различия между дыханием неоплодотворенного и оплодотворенного яиц лягушки. В течение первых минут после оплодотворения происходит заметное потребление гликогена.

Экспериментами на яйцах аскарид, трихостронгилид, оксиу-рисов и других паразитических червей (?. М. Завадовский и др., 1915, 1928) доказано, что если среду, в которой развивается яйцо, лишить кислорода, дробление прекращается до тех пор, пока кислород снова не будет поступать в яйцо. Лишить яйца аскарид доступа кислорода в эксперименте легко, пользуясь особым строением оболочек яиц, не пропускающих многие химические вещества. Можно залить яйца аскариды, находящиеся в пробирке, например, ртутью, преграждающей доступ кислорода. Дробление прекращается. Если через несколько месяцев ртуть слить и поместить яйца в воду, дробление продолжается. Так же и яйцо морского ежа без кислорода во внешней среде не дробится. Яйцо же лягушки при полном анаэробиозе достигает стадии ранней гаструлы, яйцо форели также может дробиться.

Неоднократно изучалась динамика потребления кислорода дробящимися яйцами разных животных. Получены строго закономерные кривые дыхания в ходе развития зародышей (рис. 47 и 48 и табл. 3).

Во время развития дыхание, как видим из рисунков, усиливается.

•? 50 зо

^> 20

Js 10

x—

8 12 15

ZO 24 2в

оемя, ч

Рис. 47. Потребление кислорода нормально развивающимися яйцами морского ежа нз двух разных партий (по Ж. Браше, 1961) -

; - вылупление, 2 - конец гаструляцни

20 40 60 80100 ПО 180 Минуты разбития

Рис. 48. Кривая дыхания яиц лягушки (100 яиц) (по Ж. Браше, 1961)

105

Еже Ж-Лёб проводил наблюдения за дыханием в ходе дробления яиц. Если неоплодотворенные яйца морского ежа в течение часа поглощают 0,24 мг кислорода, то в первый час после оплодотворения они поглощают 0,94 мг 02, во второй час — 0,80, в третий час —0,87, в четвертый—0,91 и пятый—1,05 кг 02.

В исследованиях динамики окислительных процессов в ходе дробления помимо строго закономерных кривых, характерных для яиц каждого вида животных, обнаружены факты, позволяющие предполагать, что каждый бластомер, поскольку он развивается между двумя очередными дроблениями, дышит с неодинаковой интенсивностью в разные моменты своей онтогении. Е. П.Лион в 1902 г. заметил, что яйца морского ежа, находящиеся на одной стадии развития (например, на стадии двух или 16 бластомеров), в разные моменты этой стадии обладают неодинаковой чувствительностью к «дыхательному яду»—к KCN. Через 10—15 мин после оплодотворения яйца наиболее чувствительны, но по мере приближения к первому дроблению чувствительность к яду уменьшается. Особенно интересно, что после первого дробления яйца снова приходит состояние наибольшей чувствительности, которая постепенно снижается по мере приближения второго дробления.

Ю. Г. Юровицкий и Л. С. Мильман (1975) изучили изменения углеводного обмена в оогенезе в раннем эмбриогенезе у костистых рыб. В период большого роста происходит запасание гликогена. Такому характеру обмена ооцита соответствуют относительно высокая активность гликогенсинтетазы и очень низкая активность фосфорилазы. Ооциты используют глюкозу, поступающую из крови самки. В раннем эмбриональном развитии изменяется направленность углеводного обмена зародыша, в десять раз возрастает активность фосфорилазы, а активность гликогенсинтетазы вдвое снижается.

Благодаря использованию микроэлектродной техники, о которой говорилось в гл. II, были получены интересные данные, касающиеся биоэлектрической характеристики внутренней среды, возникающей в период дробления. Так, например, у зародышей рыб мембранный потенциал микромеров оказался ;~40 мВ со знаком, обратным знаку наружной среды, т. е. электрохимический градиент мембраны, покрывающей наружную поверхность зародыша, отличается от градиента мембраны, выстилающей межклеточную полость. Это означает, что уже на стадии дробления кле-

Таблица 3. Потребление кислорода в ходе дробления яйца лягушки и в ходе гаструляции (по Б. Керну, Ж. Барту и Л. Барт, 1954)

СтаДия Поглощение Ог . мл/мг, сухого вещества за 1 ч

Дробление 0,054

Ранняя бластула 0,069

Поздняя С, 108

Средняя гаструла 0,141

Поздняя . 0,162

106

точные поверхности, обращенные к внутренней среде, находятся в иных условиях.

К стадии бластулы устанавливается барьер высокого сопротивления^ связанный с появлением плотных контактов (или зон замыкания) между бластомерами. Коэффициент электрической