onellia viridis.

О «ГЕНЕТИЧЕСКОМ КОНТРОЛЕ» НАД ДИФФЕРЕНЦИАЦИЕЙ КЛЕТОК И ТКАНЕЙ

Большое количество фактов в эмбриологии и генетике, касающихся роли ядра цитоплазмы не поддается еще объяснению. Все явления эмбрионального развития генотипически обусловлены, но обычно не анализируется участие генов в нормальном эмбриональном развитии, включая гаструляцию и развитие органов. Это можно видеть и по настоящей книге, в которой дается анализ процессов дробления,- гаструляции и других без упоминания о генетической обусловленности всех явлений и используются различные факты, касающиеся, например, количества и расположения желтка и т. п. Это происходит, с одной стороны, потому, что эмбриология пока почти не располагает генетическими и ци-тогенетическими данными, касающимися механизма развития. С другой стороны, экспериментальная эмбриология располагает большим количеством фактов, которые как будто исключают «контроль» хромосом и генов в развитии.

Поскольку возможно нормальное развитие при партеногенезе, наличие отцовских генов необязательно для всех процессов развития, за исключением тех признаков, которые могут быть обусловлены генами сперматозоида. Но и хромосомы матери также не необходимы для основных процессов развития. Об этом говорит возможность получения андрогенетшеских зародышей, т. е. зародышей, развивающихся из яйца с ядром исключительно отцовского происхождения. Так, Б. А. Астауров и В. П. Острякова-Вар-шавер в 1957 г. убивали ядро яйца тутового шелкопряда одного

277

вида; яйцо оплодотворялось затем сперматозоидами другого вида. Так как у этих видов возможна полиспермия, то удалось добиться слияния ядер двух сперматозоидов, в результате чего осуществляется диплоидный гетероспермный андрогенез. Происходит нормальное развитие.

Некоторые исследователи (например, Ж. Браше, Ю. А. Филип-ченко и др., 1929) считали, что существует наследственность, контролирующая ранние стадии развития (обусловленная и ядром и цитоплазмой), и наследственность менделевского типа, обусловленная ядром. Некоторые эмбриологи высказывают мысль, что гены не участвуют в образовании основных органов зародыша, а контролируют последние этапы дифференциации. Так, с этой точки зрения цвет глаз находится под контролем генов, а развитие самого глаза происходит без участия генов. В качестве агру-ментов для обоснования этой точки зрения могут быть использованы многие факты. В гл. XI говорилось о роли области серого серпа в развитии амфибий. Если оставить неповрежденным ядро яйцеклетки, но локально разрушить серый серп, резко нарушается дифференцировка хорды и нервной системы. Можно экспериментально, по желанию, устанавливать плоскость симметрии у яиц амфибий, вызывать появление серого серпа в желаемом месте.

Возможно (хотя и уродливое) дробление при полном отсутствии ядра, что впервые наблюдала Е. Гарвей в 1936 г. Это сообщение было встречено резким скептицизмом эмбриологов, но впоследствии, однако, оно полностью подтвердилось.

Э. Вильсон (1896) сдавливал оплодотворенные яйца Nereis между двумя стеклянными пластинками, при этом первые, три деления происходили в меридиональном направлении. Зародыш оказывался в виде пластинки из восьми клеток. Затем давление ослаблялось, дробление продолжалось, зародыш теперь состоял из восьми микромеров и восьми макромеров. В дальнейшем развивалась, свободноплавающая личинка, у которой зачаток кишки состоял не из четырех, а из восьми макромеров. Четыре ядра макромеров первого квартета (из них развивается апикальный орган и прототрох) в указанных экспериментальных условиях становятся ядрами -энтобластов. Вильсон еще в конце прошлого века заключил, что у полихет дифференциация клеток зависит не от ядра, а от особенностей цитоплазмы.

Дробление в отсутствие ядра у амфибий отмечалось многими авторами. Е. Штауфер в 1945 г. разрушал мужские и женские пронуклеусы в яйцах аксолотлей. В таких опытах отмечен случай развития почти нормальной безъядерной бластулы.

С другой стороны, имеется ряд достоверных фактов о несомненном участии генов на ранних этапах развития зародышей. Д. Ф. Паульсон в 1940, 1945 гг. обнаружил, что в результате полной утраты Х-хромосомы происходит нарушение ранних стадий развития дрозофиллы (изменяется продвижение ядер к периферии,

278

уродливо развивается бластодерма). Потеря отдельных участков хромосом может повлечь уродливое развитие нервной системы, кишечника, производных мезодермы.

Уже говорилось об ошибочности представлений многих молекулярных биологов и генетиков о половых клетках, как, якобы, недифференцированных. Эмбриологи не имеют оснований поддерживать эту устаревшую точку зрения. Причина сохранения старого взгляда на структуру и функции яйца и спермия заключаются в излишне прямолинейном, хотя и увлекательном представлении многих исследователей, согласно которому все морфогене-тические процессы эмбрионального развития обусловлены системой геномных переключений. Излишне оптимистически думают, что для понимания того, как происходит дифференциация, нужно узнать только, когда и какие гены активируются. Однако все -факты, касающиеся ранних этапов эмбрионального развития, заставляют утверждать, что система генетических переключений не может играть решающую роль в ранних стадиях эмбрионального развития.

Выражаясь генетическим и молекулярно-биологическим языком, вся информация, необходимая для ранних стадий развития, содержится в цитоплазме яйца еще до оплодотворения. Когда в развитии появляются новые генетические «указания», определяющие дифференцировку и развитие, при теперешних возможностях эмбрио-генетического анализа мыслимо узнать лишь путем определения времени появления новых «инструкций» от аппарата наследственности сперматозоида. Молекулярная биология располагает достаточно точными методами определения ферментов. Доказано, что отцовские ферменты появляются на сравнительно поздних стадиях развития: у амфибий — после того как у зародыша начинается сердцебиение и мышечные сокращения. Ферменты, участвующие в изменении оболочки яйца морского ежа, имеют материнское происхождение и т. д. Общий вывод бесспорен: на ранних этапах развития дифференциация осуществляется не путем включения транскрипции, а за счет генетико-эмбриоло-гической программы, имеющейся уже в цитоплазме яйца.

В настоящее время в области молекулярной биологии интенсивно разрабатываются вопросы, касающиеся установления времени начала синтезирования и функционирования тех или иных видов РНК и белков (ферментов). Было показано, что в ооплазме содержится все необходимое для ранних этапов развития, т. е. материнский геном обеспечивает запас необходимых строительных материалов и энергии для осуществления дробления. Выявлены и изучены разнообразные мутации, влияющие на процессы раннего развития.

Можно сделать вывод: на ранних стадиях развития все сложные морфогенетические процессы (дробление, формирование бластулы, а в некоторых случаях и формирование ранней гастру-

279

лы) происходят на фоне слабой активности генома зародыша.

Установлено, что все изменения в функционировании генома бластомеров и клеток более поздних зародышей зависят от взаимодействия ядер с цитоплазмой. Распределение качественно различных участков цитоплазмы, как уже отмечалось ранее, зависит от проморфологии зиготы и от сегрегации цитоплазмы. В этом смысле можно говорить, что программа ранних периодов развития определяется проморфологией зиготы и связанной с ней сегрегацией цитоплазмы. К сожалению, мало исследований цито-генетического и генетико-эмбриологического характера по вопросам роли разных структур сперматозоида в начальных этапах эмбрионального развития. Естественно, все внимание в нашем столетии сосредоточивалось на изучении роли ядра. Однако имеется много косвенных данных, позволяющих решать вопросы — принадлежит ли ядру и другим структурам сперматозоида роль, так или иначе дополняющая роль яйцеклетки в развитии. Л. Д. Удалова (1975) установила, что у ранних зародышей крыс, отцы которых подвергались действию рентгеновского облучения, наблюдаются разного рода хромосомные аберрации. Есть основания полагать, что отцовская наследственность у млекопитающих важна для нормального развития трофобласта и последующего контакта со стенкой матки (развития плаценты). Это обстоятельство многие авторы связывают с неудачами получения поздних стадий партеногенетически развивающихся зародышей.

Обнаружено, что раковины некоторых моллюсков (Limnaea) обычно закручены в правую (декстральную) спираль, но изредка попадаются особи с раковиной, завернутой влево (синистральный завиток). Доказано действие генов на очень ранних стадиях развития. Направление завитка раковин коррелировано с направ> лением наклона веретена митоза при третьем дроблении. Это направление веретена предопределяется до оплодотворения влиянием организма матери на еще незрелое яйцо в яичнике. Отцовский ген направления завитка, привносимый сперматозоидом, не изменяет характера завитка раковины, обусловленного материнской наследственностью. Фенотипическое проявление генетически обусловленного направления завитка раковины зависит не от генотипа самой особи, а от генотипа ее матери. Этому демонстративному примеру материнской наследственности дан вполне удовлетворительный генетический анализ и выяснено, почему в природе наблюдаются определенные числовые отношения— редкие случаи особей с синистральными завитками по сравнению с декстральными. Ген декстрального направления доминирует над геном синистрального.

Для обрисовки трудностей, встающих перед генетикой и эмбриологией, следует возвратиться к тому диалектическому противоречию, о котором говорилось в гл. XI: бластомеры вследствие механизма митоза равнонаследственны, и в то же время

280

с самого начала развития происходит дифференциация. Нет ни одного факта в эмбриологии, подтверждающего теорию Вейсмана, согласно которой хромосомы в разных бластомерах содержат качественно неодинаковые «детерминанты» (гены), которые ответственны за дифференциацию. Речь может идти лишь о различном функционировании генома.

Заслуживают внимания ид