опадают в матку приблизительно на 3—4-й день после оплодотворения. Эта миграция осуществляется благодаря волнообразным сокращениям мышц яйцевода и матки. В момент прикрепления к стенке матки зародыш представляет собой плотный шар клеток. Часть его наружных клеток проникает в степку матки, а из внутренней клеточной массы развивается собственно плод. Клетки, внедряющиеся в матку, в конце концов преобразуются в разветвленную систему, находящуюся в тесном контакте с тканями и кровеносными сосудами матери. Это образование обеспечивает поступление питательных веществ и удаление отходов и называется плацентой (рис. 10-15).

Другая часть наружных клеток зародыша образует ряд концентрических оболочек; затем пространство между ними наполняется жидкостью, которая омывает зародыш и предохраняет его от механических воздействий.

Гаструляция, дифференцировка тканей и органогенез у млекопитающих происходит в общем сходно с другими позвоночными.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Torre у Т. W., Morphogenesis of the Vertebrates, 3rd ed., New York, John Wiley and Sons, Inc., 1971.

Saunders J. W.t Jr., Embryology, Englewood Cliffs, N. J., Prentice-IIall, Inc., 1971.

Ebert J. D., Sussex I. M., Interacting Systems in Development, New York,

Holt, Rinehart and Winston, Inc., 1970. Weiss P., in: Analysis of Development, Philadelphia, W. Б. Saunders, 1955. Trinkaus J. P.t Cells into Organisms, Englewood Cliffs, N. J., Prentice-Hall, Inc.,

1968.

Глава 11

ЗАРОДЫШ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ: II

Взаимодействие клеток в процессе зародышевого развития

В гл. 8 были приведены данные, свидетельствующие о том, что у миксомицетов судьба любой клетки (превратится ли она в спору, станет ли клеткой стебелька или базальпого диска) зависит от ее положения в многоклеточном агрегате. В гл. 9 было показано, что у кишечнополостных способность отдельных участков тела к регенерации зависит от их относительного положения в организме. В этой же главе была изложена концепция мо^фогенетического поля. Эти явления можно объяснить, исходя из того, что на каждую клетку воздействуют все окружающие ее клетки. Характер взаимодействия варьирует в зависимости от положения клетки в системе. Таким образом определяется весь упорядоченный спектр дифференцировок. Ниже мы рассмотрим еще более сложные примеры клеточных взаимодействий,, происходящих в процессе развития зародышей позвоночных.

Эффект массы

Как было описано ранее, из дорсальной эктодермы образуются головной и спинной мозг. Был проделан такой опыт. Зародышей мыши и цыпленка взяли на стадии, когда уже появились нервные валики, по нервные клетки еще не дифференцировались. Удаляли большие куски нервных валиков и инкубировали их либо in vitro в эмбриональном экстракте, либо в передней камере глаза мыши. В этих условиях завершается цитодифференцировка эксплантиро-ванных клеток и образуются зрелые нервные клетки. Однако если такие участки ткани разрезали на мелкие кусочки и культивировали их отдельно друг от друга, то нервные клетки не образовывались. Показано, что наблюдаемый эффект пе связан с повреждением клеток при разрезании: если кусочки вновь объединить и культивировать в эмбриональном экстракте, они развиваются нормально.

Пример подобного рода взаимодействия был уже рассмотрен в гл. б. Было показано, что продолжительность латентного периода в растущей клеточной популяции зависит главным образом от первоначальной ее плотности. Объясняется это тем, что в клетках образуются пизкомолекулярные метаболиты (такие, как витамины, аминокислоты и т. д.), причем популяция клеток начинает расти только после того, как концентрация метаболитов достигнет порогового уровня. Что-то похожее может происходить и при культивировании нервной ткани, только в этом случае речь идет не о стимуляции роста, а о создании условий, необходимых для дифферен-цировки нервных клеток.

Такие системы сейчас можпо исследовать биохимически. Поэтому будем надеяться, что удастся идентифицировать диффундирующие метаболиты, ответственные за эти явления, и выяснить, как они влияют на развитие и имеют ли какое-нибудь отношепие к фактору роста нервов, описанному в предыдущей главе.

Индукционные взаимодействия. Первичный организатор

Наиболее сложные индукционные механизмы обнаружены у зародышей позвоночных животных. Прекрасный пример — открытие Шпеманом, одним из основателей современной эмбриологии, первичного организатора. Шпемана интересовал вопрос о том, все ли типы клеток, необходимые для построения нормального взрослого организма, образуются из любого фрагмента зародыша тритона. Он разрезал зародышей пополам на разных стадиях развития и обнаружил, что, если проделывать такую операцию перед гаструля-цией, обе половинки развиваются в нормальных взрослых живот-пых, тогда как после гаструляции возникают нарушения развития. Для того чтобы выяснить, в какой момент утрачивается способность к нормальному развитию, Шпеман разрезал зародышей на разных стадиях гаструляции. К своему удивлепию, он обнаружил, что одна из половинок всегда развивается в нормального зародыша, а другая превращается в аморфную дегенерирующую массу клеток. При более тщательном анализе он выяснил, что половина, из которой развивался нормальный зародыш, всегда содержала спинную губу бластопора. Из этих результатов следовало, что: 1) клетки спинной губы обладают способностью организовывать или запускать развитрш зародыша и 2) никакие другие клетки не способны это делать. В отсутствие спинной губы развитие не идет.

Для-того чтобы доказать участие клеток спинной губы 1 в индукции образования зародыша, Шпеман вырезал кусочек спипной губы и трансплантировал его на брюшную сторону другого зародыша на стадии гаструлы (в норме хордомезодерма находится под дорсальной эктодермой). Были получены следующие результаты.

1 Как показано в гл. 10, клетки дорсальной губы инвагинируют в процессе гаструляции и в конце концов подстилают дорсальную эктодерму — будущий спинной мозг. Сами эти клетки дифференцируются в мезодерму, отсюда и название «хордомезодерма».

1. На месте имплантации развивался небольшой целый зародыш — сиамский близнец зародыша-реципиента. У такого зародыша развивались головной и спинной мозг и другие осевые органы.

2. Имплантированная хордомезодерма инвагинировала и развивалась точно так же, как в норме: из нее образовывались хорда и сомиты. Все остальные участки гаструлы, пересаженные подобным образом, развивались не по предназначенному им пути, а в соответствии со своим новым положением.

Итак, спинная губа бластопора действительно обладает какими-то особыми свойствами. Клетки спинной губы могут индуцировать в прилежащей эктодерме головной и спинной мозг и другие осевые органы. Если пересаживали ту часть спинной губы бластопора, которая в норме подстилает головной мозг, то получали зародышей с хорошо развитым головным мозгом и слабо развитыми хвостовыми структурами. Напротив, задняя часть хордо-мезодермы очень хорошо индуцировала развитие хвоста и слабо — развитие головного мозга.

Главный вопрос, конечно, состоит в том, какое вещество' (вещества) переходит из хормодезо дермы в эктодерму и приводит к ее дифференцировке. К сожалению, оказалось, что образование осевых структур может индуцировать очень много различных веществ. Индуцирующих веществ настолько много, что индукционное воздействие представляется малоспецифичным. Эктодерму^ на этой стадии развития можно уподобить ружью, готовому выстрелить в определенном направлении. Нужно только нажать на курок, чтобы ружье разрядилось. В связи с такой чувствительностью эктодермы возникают два других очень интересных вопроса.

1. Действительно, обрабатывая эктодерму различными агентами, исследователь может вызвать ее самодифференцировку. В то же время в норме такое действие оказывают только клетки спинной губы бластопора. Что же переходит из хордомезодермы в прилежащую эктодерму в процессе развития? Для того чтобы ответить на этот вопрос, можно, например, пометить клетки спинной губы радиоактивным углеродом, серой или фосфором и определить затем, какие вещества переходят из меченых мезодерм аль-ных клеток в немеченые эктодермальные.

2. Если верно, что исследователь может вызывать самодифференцировку эктодермы, используя многие агенты, почему в норме головной и спинной мозг образуются лишь из определенного участка эктодермы? Почему под влиянием многочисленных веществ, которые в норме выделяются клетками, вторичные зародыши не появляются повсюду? Мы вновь возвращаемся к проблеме морфогенетического поля, рассмотренной в гл. 9.

Вторичные индукторы. Как мы только что видели, спинная губа бластопора индуцирует в эктодерме образование головного и спинного мозга, а сама дифференцируется в хорду и сомиты. В дальнейшем многие соседние ткани обмениваются индукционными сигналами, которые вызывают образование различных органов. Доказательства существования таких индукционных влияний разделяются на две категории: 1) исследователи показали, что, если ткань А удалить или отделить от ткани Б, то ткань Б не превратится в тот орган, который в норме из нее образуется, и 2) если

Передняя Эктодерма Передняя мезодерма Хорда Сомиты Боковая мезодерма

Зубы

Жабры

Рот

Передний мозг

Нос

Средний мозг

Пищеварительный тракт

Клетки нервного гребня

Спинной мозг

Глаз

Спинной плавник

Задний мозг

Ухо

Рис. 11-1. Индукционные взаимодействия между отдельными частями развивающегося зародыша.

Стрелки 'направлены от индуктора к органам, которые образуются в результате индукции. Схема является далеко не полной.

ткань А пересадить в соседний участок, где находятся клетки, родственные клеткам ткани Б, то орган, о котором идет речь, образуется под влиянием ткани А на новом месте, а не на старом.

На рис. 11-1 в виде схемы представлены некоторые из многочисленных индукционных взаимодействий, обнаруженных с помощью описанных выше опытов. В некоторых случаях индукционные воздействия более специфичны, чем влияние первичного организатора. До сих пор, однако, проведено мало строгих биохимических исследований, необходимых