ОПЫТЫ ПО ИЗОЛЯЦИИ БЛАСТОМЕРОВ. ПРИМЕНЕНИЕ ПОНЯТИЙ «ДЕТЕРМИНАЦИЯ» И «РЕГУЛЯЦИЯ» К ЯЙЦЕВЫМ КЛЕТКАМ

Еще в 1869 г. Э. Геккель, наблюдая за развитием яиц сифоно- фор, а в 1883 г. В. Ру, изучая яйца амфибий, обнаружили возможность развития целых организмов из изолированных бластомеров. Впоследствии обнаружили это явление и многие другие ученые (Г.

Дриш, 1895; Г. Шпеман, 1900; А. Герличка, 1905; Е. Конклин, 1906; Г. А. Шмидт, 1933, и др.) в опытах на большом числе беспозвоночных и позвоночных животных.
Изоляция бластомеров достигается разными механическими и химическими способами: перетягиванием с помощью волоса или освобождением морской воды от кальция и т. п.

Рис. 104. Перешнуровка яйца тритона после оплодотворения (по Г. Шпеману, 1919):
А — схема перешнуровки; В, В — развивающиеся зародыши

Рис. 105. Опыт изоляции бластомеров у кролика (по Ф. Зейделю, 1959):
А — стадия двух бластомеров; Б — тотчас после умерщвления одного из бластомеров; В, Г —дробление оставшегося в живых бластомера (убитый бластомер справа); Д — развившиеся из изолированных бластомеров кролики (20-дневного возраста) с их матерью (в центре)

Г. Шпеман перетягивал оплодотворенное яйцо тритона волосяной петлей и оно приобретало вид гимнастической гантели (рис. 104,Л). Можно добиться, чтобы ядро оказалрсь в одной половине «гантели». В ядерной половине начинается дробление, а безъядерная не дробится. При ослаблении волосяной плети перетянутый участок может быть расширен и одно из ядер (на стадии 2, 4, 8, 16 и 32 бластомеров) может оказаться в безъядерной половине.
Если затем волосяную петлю снова затянуть, каждая половина может развиться в нормальный зародыш (рис. 104, Б, В).
Ф. Зейделю в 1956 и 1959 гг. удалось осуществить изоляцию бластомеров зародышей кролика. Оплодотворенное яйцо вымывалось из половых путей самки. На стадии двух бластомеров одного из них убивали иглой (рис. 105,Б). После этого яйцо вводилось в матку, удавалась имплантация зародыша, происходило полноценное его развитие (рис. 105,В, Г). Аналогичные операции удавалось производить и на стадии четырех бластомеров.
Не менее интересные результаты получили А. К. Тарковский, Б. Минц и др. Тарковский осуществил изоляцию одного из четырех бластомеров яйца мыши. Происходило развитие вплоть до стадии возникновения сомитов и даже более поздних стадий. Осуществлены также опыты изоляции бластомеров яйца крысы со стадии двух, четырех и восьми бластомеров.
Развитие однояйцевых близнецов у человека — принципиально то же явление. Если близнецы имеют общие оболочки, то есть основание предполагать, что они произошли в результате изоляции бластомеров или других частей одного зародыша. Такие близнецы оказываются одного пола и обычно очень сходны, вплоть до одинакового расположения линий на коже ладонной поверхности руки, считающегося индивидуальным свойством. Рождение преимущественно разнояйцевых двоен у человека — не очень редкое явление: одно на 80 родов. Разнояйцевые тройки рождаются в одном случае из 6400 родов, четверни — один случай на 512 000 родов. Известны единичные случаи рождения и пяти, и шести детей. У различных позвоночных — птиц, рептилий и рыб — описывались случаи двух или нескольких относительно нормальных зародышей, развившихся, несомненно, из одного яйца.
Опыты по изоляции бластомеров, а также другие данные цитологии, генетики и эмбриологии давно позволили сделать вывод большого принципиального значения: несмотря на начинающуюся с самого начала дробления дифференциацию (см. гл. IV), первые дробления равнонаследственны. Бластомеры, находясь в системе целого зародыша, подвергаясь взаимным формативным влияниям и так или иначе дифференцируясь, не теряют, однако, своих видовых свойств. При определенных условиях бластомеры и соматические клетки на поздних стадиях развития организма и даже клетки и комплексы клеток взрослых и старческих организмов могут начать развиваться в целый организм, стать аналогом половых клеток. Возможны далеко идущие регулятивные явления. Каждый бластомер содержит все хромосомы, одинаковые гены. Иные представления (идеи В. Ру о «мозаичном» развитии, гипотеза Вейсмана о детерминантах и «зародышевом пути» и т. п.) оказались несостоятельными в решении проблем дифференциации (см. гл. И, IV).
Не на всех зародышах удаются успешные опыты по изоляции бластомеров. Это дало повод эмбриологам в начале XX в. выделить два типа яиц: «мозаичные» яйца или, иначе, яйцевые клетки с детерминированным характером дробления и регулятивные яйцевые клетки. К числу первых причисляли прежде всего яйцевые клетки большинства моллюсков и червей, характеризующихся спиральным и билатеральным типом дробления (см. гл. IV). Мы видели на примере развития аскарид, коловраток и других животных очень раннее различие между бластомерами и очень раннее предопределение их судьбы (см. гл. II).
При детерминированном дроблении изолированные бластом;еры способны к «самодифференцировке». Однако и у регулятивных яиц имеет место раннее предопределение судьбы бластомеров и можно говорить о карте презумптивных органов бластулы (см. гл. V).
Опыты по изоляции бластомеров на яйцах с детерминированным характером дробления или совсем не удаются, или не приводят к развитию целых организмов. При разделении бластомеров на двухклеточной стадии червя Lattice один из них дает сегментированную личинку без переднего конца, а другой, наоборот, не образует сегментированного туловища. Если на восьмибластомер- ной стадии яйца гребневика (имеющего восемь ребер с мерцательными пластинами) изолировать бластомер, то из него разовьется личинка с одним валом гребных пластинок.
Несмотря на кажущуюся убедительность этих и других примеров, традиционное разделение яиц на детерминированные и недетерминированные, или регулятивные, следует считать условным. Детерминированные яйца на той или иной стадии развития проявляют способность к регуляции. Яйцо ланцетника причислялось к яйцам с детерминированным характером дробления, но оно способно к регуляции с первых стадий дробления. Уродливые личинки гребневиков, полученные из изолированных бластомеров, способны к регуляции (могут развиться в нормальных особей). Можно говорить о регулятивных возможностях трохофор червей и моллюсков, так как наступает стадия метаморфоза, стадия очень существенных морфологических и физиологических преобразований, которые не могли бы совершаться без способности к регуляции.
Сколь правильно сопоставлять явления детерминации и регуляции? Ответ на этот вопрос различен, он зависит от того или иного понимания самой проблемы детерминации.

Многие считают, что в ходе развития зародышей по мере дифференциации клеток происходит прогрессирующее сужение их потенций, так что, наконец, формируются ткани, состоящие из клеток «окончательно дифференцированных», и не может быть превращения тканевых элементов, происшедших из определенной эмбриональной закладки, в элементы, берущие начало из другой эмбриональной закладки. Подобные взгляды излишне персонифицируют единичные клетки и не согласуются с фактами.
В дальнейшем (особенно при анализе явлений соматического эмбриогенеза и регенерации, см. гл. XVI) мы встретимся с мдого- численными фактами, находящимися в противоречии с точками зрения, сводящими проблему детерминации и дифференциации к единичным клеткам. Яйца асцидий или кольчатых червей и не- мертии причислялись к строго детерминированному типу. Естественно предположить, что все новые и новые поколения клеток, дифференцируясь и специализируясь, становятся, наконец, необратимо детерминированными. Но, как увидим в дальнейшем, взрослым асцидиям свойствен соматический эмбриогенез (см. гл. XVI), при котором целый организм может развиться из телесных клеток.
Не надуманным парадоксом, а действительным и до сих пор загадочным противоречием самой природы является то, что дробле* ния яиц равнонаследственны, что митоз — идеальное выравнивание двух сестринских клеток в отношении их ядер, что никакого обеднения одних бластомеров или клеток по сравнению с другими не происходит, и в то же время уже первые бластомеры абсолютно у всех яиц чем-либо отличаются друг от друга, дифференцируются. Во взрослом организме нельзя встретить двух тождественных клеток, но это нельзя рассматривать как следствие митоза (см. гл. XII и XVI).
Понятие детерминации и дифференциации клеток необходимо связывать не только и даже не столько с единичными клеткамл, но с взаимодействием клеток, с устанавливающейся в развитии зародыша новой и новой его интеграцией, с функцией новых возникающих в ходе развития систем.
Различия в уровне интеграции, в характере взаимодействия клеток (в том числе и биохимического и физического) на одних и тех же стадиях развития (например, на стадии бластулы) у разных видов животных могут быть очень существенными. Не исключены случаи, когда на более молодых стадиях развития зародыш более интегрирован, чем на более поздних стадиях. Так, личинки асцидий, вероятно, более интегрированы, чем взрослые формы. У зародышей многих моллюсков и червей, по-видимому, большая взаимозависимость бластомеров, чем у клеток более поздних зародышей.
Изучение взаимозависимости клеток и частей зародышей, особенно в биохимическом аспекте, составляет важнейшую главу эмбриологии. Взаимодействия клеток многообразны:              электриче
ский, механический контакт, на почве излучений, изменений проницаемости мембран и т. п. Многообразны химические взаимоотношения— изменения в среде концентрации ионов, обмен молекулами, выделение в среду продуктов жизнедеятельности клеток и др.
Начиная с 70-х годов стали умножаться исследования о взаимоотношении клеток в ходе онтогенеза животных, особенно бурно стала развиваться наука о мембранах клеток, их проницаемости, межклеточных субстанциях.

Рис. 106. Опыт В. Ру:
А — «полуэмбрнон», развившийся из одного бластомера после умерщвления другого (на двухбластомерной стадии); Б — зародыш на стадии ранней иейрулы; 1 — мертвая половина, 2 — жнвая половина, 3 — бластоцель, 4 — археитерон, 5 — нервный валик, 6 — хорда

Обратимся снова к фактам. Уже из сказанного ясно, что случаи неудач опытов по изоляции бластомеров, невозможность получить из изолированных бластомеров целые зародыши сами по себе не оправдывают еще необходимости разделения яиц на де- термированные и регуляционные. Исследователь встает перед пока непреодолимыми техническими трудностями в опытах по изоляции бластомеров у многих животных. Невозможно, например, освободиться от оболочек яиц некоторых животных без разрушения зародышей, находящихся в норме под давлением внутрияйце- вой жидкости.
Не преодолены технические трудности в опытах по изоляции бластомеров, например, у яиц нематод. Один из первых двух бластомеров яйца аскариды убивали ультрафиолетовым лучом (другой бластомер затемняли и, значит, сохраняли живым). Развития живого бластомера не наблюдалось. Такой результат, однако, может быть объясним техникой опыта, что следует из анализа интересной дискуссии конца прошлого столетия, разгоревшейся между В. Ру и другими исследователями.
В. Ру в 1887 г. укалывал горячей иглой один из первых бластомеров зародыша лягушки. Оставшийся живым бластомер развивался, но разрушение другого ведет за собой недоразвитие всей половины тела зародыша (рис. 106). Ру сделал вывод в пользу своего представления о зародыше как мозаике бластомеров, судьба которых предопределена.
О,              Гертвиг в 1893 г. и другие исследователи, возражая Ру, доказывали, что из каждого бластомера развивается целый нормальный зародыш. Эксперименты обеих спорящих сторон были безупречны. Особенности же в результатах объяснялись, с,одной стороны, разной техникой опытов, а с другой — излишне односторонней оценкой результатов, продиктованной предвзятой точцой зрения. В опытах Ру в сущности не было изоляции бластомеров:
оставался убитый «привесок», и это отразилось на формообразовательных процессах. Происходила задержка регуляции вследствие механического препятствия регулятивным перемещениям со стороны прижатой к зародышу массы мертвой протоплазмы убитого бластомера. Регуляция, однако, наступает:              происходит, по
выражению Ру, «постгенерация» и развивается целый организм.
Аналогичная ситуация может быть отмечена и в отношении яиц аскариды. Если оплодотворенное яйцо аскариды подвергнуть центрифугированию, то дробление изменится таким образом, что первые два бластомера окажутся равноценными и в обоих бластомерах не произойдет диминуции хроматина, т. е. начнется как бы развитие двойников. Это свидетельствует о том, что до начала дробления яйца аскариды обладают высокой регулятивной способность*^ Вероятно, при несовершенных способах изоляции бластомеров у моллюсков и червей могут быть еще большие помехи в развитии целого организма из отдельных бластомеров.
Из всех изложенных данных вытекает вывод:              разграничение
яиц с детерминированным развитием и яиц регулятивных относительно.

| >>

Источник: Токин Б. П.. Общая эмбриология: Учеб, для биол. спец, ун-тов.—4-е изд., перераб. и доп. 1987

Еще по теме ОПЫТЫ ПО ИЗОЛЯЦИИ БЛАСТОМЕРОВ. ПРИМЕНЕНИЕ ПОНЯТИЙ «ДЕТЕРМИНАЦИЯ» И «РЕГУЛЯЦИЯ» К ЯЙЦЕВЫМ КЛЕТКАМ:

- Биология индивидуального развития - Для внеклассного чтения - История биологии - Книги по биологии - Научно-популярная биология - Теория эволюции - Физиология животных -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -