Голосования

Какой теорией происхождения жизни вы придержавайтесь?
 

Узнал новое?

Поделись с друзьями:

Наша кнопка

88x31 Код




ШМАЛЬГАУЗЕН РЕГУЛЯЦИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ В ИНДИВИДУАЛЬНОМ РАЗВИТИИ - Глава II РЕГУЛЯЦИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ У ЗЕМНОВОДНЫХ
(0 голоса, среднее 0 из 5)
Литература

Яйца земноводных (лягушки, тритоны, аксолотль) очень удобны для исследования. Они достаточно велики, легко  освобоЖ-даются из оболочек и весьма выносливы при экспериментировании. Молодые зародыши допускают разделение на  части, их перекомбинирование, пересадку зачатков в другое место того же или другого зародыша. Можно производить и обмен  зачатками между зародышами разных видов, отличающихся по пигментации клеток. Большое значение имеет также возможность культивирования частей зародыша, отдельных  зачатков и их комбинаций в солевых растворах. Все это возможно, так как клетки молодых зародышей амфибий достаточно  устойчи-вЫ и снабжены своим собственным питательным материалом в виде рассеянных в их цитоплазме желточных зерен.  Поэтому у земноводных, формообразовательные процессы изучены лучше, чем У каких-либо других животных. Результаты  этого исследования имеют общее значение. Это ясно показывают значительно более трудные, но все же достаточно  многочисленные эксперименты с яйцами и зародышами различных рыб, птиц и даже млекопитающих.

Зрелое яйцо амфибий имеет заложенную еще в яичнике полярную организацию и некоторые признаки двусторонней  симметрии. Это выражается в более значительной концентрации крупных желточных зерен в вегетативной половине и меньшей  концентрации очень мелких желточных зерен у анимального полюса. В переходной зоне, в районе экватора, и в центральной  массе протоплазмы преобладают мелкие и средние желточные зерна. В поверхностном слое анимальной половины яйца  находится темный, иногда совсем черный пигмент. Кроме желточных зерен, цитоплазма содержит многочисленные зернистые  структуры (митохондрии, липохондрии) и химические вещества (рибонуклеотиды, фосфатиды и др.).

Двусторонняя симметрия намечается вначале только некоторым распространением пигментированного материала в  направлении будущей брюшной стороны зародыша. Окончательная структура яйца в норме устанавливается после  проникновения сперматозоида. В экспериментальных условиях она еще может быть изменена. После оплодотворения сейчас же  возникают токи цитоплазмы, перемещающие желточные массы вегетативного полюса. Так как желток имеет более  значительный удельный вес, то и все яйцо несколько поворачивается. Одновременно происходит смещение поверхностного  слоя цитоплазмы. В результате этого между пигментированной и непигментированной поверхностью яйца в районе экватора  образуется серповидная промежуточная зона, получившая название серого полумесяца. Эта зона отмечает область  будущей спинной стороны зародыша.

При дроблении яйца первые плоскости дробления Проходят вертикально, однако без определенной связи с имеющейся  уже плоскостью симметрии. Последующими делениями яйцр дробится синхронно на 4, 8, 16 клеток. Вегетативные клетки  крупнее анимальных, и их дальнейшие деления запаздывают По сравнению с анимальными. Разница в величине клеток  поэтому возрастает. Образуется стадия полого пузырька — бластула с толстой, крупноклеточной нижней стенкой и более  тонкой, мел-коклеточной, верхней.  Вслед за сформированием  бластулы разрастается анимальная ее половина, которая по экватору надвигается на вентральную. Вслед за тем в районе серого полумесяца  начинаются перемещения клеток, ведущие к образованию щелевидного углубления (бластопора), через верхний край которого  клетки анимальной половины вворачиваются внутрь. Клетки анимальной половины все более распространяются по  поверхности яйца и охватывают вегетативную половину. Наиболее энергичные движения происходят в спинной области, между  анимальным полюсом и упомянутым краем бластопора. Эти движения сливаются в поток клеток, направляющихся назад, к  верхнему краю — губе бластопора. Здесь этот поток клеток заворачивает через край бластопора внутрь и продолжает свое движение в обратном направлении — вперед, образуя непрерывный второй слой клеток, подстилающих наружный слой клеток  спинной области. Край бластопора, имеющий вначале вид небольшой поперечной щели, расширяется по краю клеток  ани-мальной половины: он приобретает форму широкой дуги, которая по мере обрастания клеток вегетативной половины  превращается в кольцо, все более стягивающееся над вегетативными клетками, которые таким образом попадают внутрь  зародыша. По всему этому краевому кольцу происходит, однако, не просто надвигание анимальных клеток, но и их  перемещение внутрь, т. е. тот же процесс, который начался в области серого полумесяца. Крупные вегетативные клетки при  всех этих движениях играют довольно пассивную роль.

В результате этих первых формообразовательных движений однослойный полый пузырек — бластула — превращается в  гастлу, т. е. в двухслойный зародыш, имеющий уже первичную кишку (энтодерму) со своей полостью и первичные  покровы (эктодерму). Нижняя, вентральная стенка первичной кишки составляется из крупных набитых желтком клеток  вегетативной половины яйца (собственно энтодерма). Верхняя, дорсальная, стенка, так называемая крыша первичной кишки,  составляется из клеток того потока, который ввернулся со сцйнной поверхности анимальной половины внутрь через верхний край бластопора (это зачаток будущей хорды и мезодермы). Эти формообразовательные движения клеток предопределены  структурой плазматического содержимого яйца.

Крупные желточные зерна вегетативного полушария яйца являются запасом питательного материала, который позднее входит  в состав стенки кишечника и обеспечивает развитие зародыша вплоть до его вылупления из оболочек и формирования личинки,  способной к самостоятельному питанию. В ани-мальном полушарии содержится гораздо меньшее количество и притом очень  мелких желточных зерен. Кроме того, цитоплазма анимальной половины яйца содержит значительно больше активных веществ  — энзимов и рибонуклеиновых кислот, нуклео-тидов и фосфатидов. Большое значение приписывается и белкам, содержащим  сульфгидрильные группы (SH-группы), которые концентрируются на анимальном полюсе в районе, где происходят деления  созревания яйца. После этого как сульфгидрильные белки, так и рибонуклеиновые кислоты концентрируются главным   образом  на  спинной   стороне   анимального   полушария.

Перемещения клеток в процессе гаструляции приводят к совершенно новым соотношениям. Вегетативные клетки, которые  раньше непосредственно соприкасались с внешней средой, оказываются внутри зародыша, ограничивая просвет первичной  кишки. Анимальные клетки распространяются по всей поверхности зародыша, образуя его первичные покровы (эктодерму).  Однако анимальные клетки краевой зоны, и особенно спинной части оказываются теперь внутри зародыша, составляя крышу  первичной кишки, или точнее зачаток хордомезодермы. Этот слой клеток вступает теперь в контакт с поверхностным слоем  эктодермы. Раньше под слоем клеток анимального полюса находилась заполненная жидкостью полость бластулы. Теперь в  спинной части зародыша под внешним слоем клеток располагается не полость, а второй слой клеток, соответствующий крыше  первичной кишки (хордомезодерме), под средней частью которой возникает полость первичной кишки — гастроцель.

Изменение связи с внешней средой (поступление кислорода!) должно привести к изменению метаболизма поверхностных  клеток (эктодермы), с одной стороны, и лежащих теперь в глубине, но все же активных клеток крыши первичной кишки  (хордомезодермы) — с другой. Естественно, что между этими двумя клеточными пластами должен происходить обмен, по  меньшей мере передача кислорода от поверхностных клеток эктодермы к внутренним слоям и передача некоторых веществ от  клеток хордомезодермы к клеткам эктодермы.

Таким образом, неизбежно должно установиться физиологическое взаимодействие между слоями клеток, различающихся по  своему метаболизму. Это взаимодействие может, очевидно, оказать влияние и на дифференцировку клеток и на формообразование соответствующих частей тела. В действительности, начиная с установления контакта между эктодермой спинной области  зародыша и крышей первичной кишки, судьба этих частей оказывается предопределенной. Из крыши первичной кишки  развивается по средней линии спины центральная скелетная ось — хорда (вокруг которой позднее разовьется позвоночник и  задняя часть черепа), а по бокам от нее — мезодерма (из которой позднее разовьются сегментированные боковые мышцы,  стенки общей полости тела, почки, половые железы и др.).

Из дорсальной эктодермы, прилегающей к крыше первичной кишки, развивается утолщенная полоса эктодермальных клеток —  нервная пластинка (т. е. общий зачаток нервной системы). Образование нервной пластинки является также результатом  активного перемещения клеток: клетки нижнего слоя эктодермы анимальной половины гаструлы стягиваются по направлению  к средней линии спинной стороны зародыша.

Можно было бы предположить, что здесь опять перед нами внутриклеточное влияние формообразовательных веществ яйца,  которые лишь перераспределились при описанных перемещениях клеточного материала. Многочисленные эксперименты  показывают, однако, что это не так. Если перемещение материала и было уже предопределено организацией яйца, то новые его  дифферен-цировки определяются именно установившимися новыми соотношениями и, в первую очередь, взаимодействием  между эктодермой и хордомезодермой.

1. Индукция осевых органов

Прежде всего была доказана весьма активная роль клеток верхней губы бластопора (т. е. области серого полумесяца яйца).  Регуляционная способность зародышей тритонов очень высока, и у них можно получить две совершенно нормальные личинки  (и взрослых животных) не только путем обособления первых бластомеров яйца, но и путем разделения молодого  зародыша (бластулы или молодой гаструлы) на две равные части. Это достигается перешнуровкой яйца петлей из тонкого  волоса. Успех операции обеспечивается, однако, лишь в том случае, если волос пересек верхнюю губу бластопора, так что  каждая половина зародыша получает часть этой губы. Уже это показывает значение верхней губы бластопора для  формообразования. Она получила даже неудачное название «организатора», так как именно от этого клеточного материала  начинайся как будто процесс организации всего зародыша. Многократ-йо производились опыты пересадки кусочка верхней  губы бластопора на другое место, например, на бок другой бластулы или гаструлы. Результат получался совершенно  однозначный.    Всегда    клетки    пересаженного    кусочка     (конечно, в случав приживления) активно врастают внутрь и увлекают с собой также прилежащие клетки эктодермы. Они образуют  непрерывный слой клеток, перемещающийся под эктодермой вперед по направлению к анимальному полюсу. В этом слое  клеток посредине развивается добавочная хорда, по бокам добавочные сегменты осевой мускулатуры, почечные канальцы, а  затем и другие органы. Под ними развивается иногда добавочная кишечная полость. В эктодерме на месте ее контакта с  ввернувшимся слоем клеток развивается добавочная нервная пластинка, затем завертывающаяся в трубку; сзади развивается хвост. Таким  образом, на боку зародыша — хозяина — развивается добавочный, как бы паразитирующий на нем второй зародыш. Как  показыва-jox опыты пересадки губы бластопора с одного вида тритона на другой, отличающийся по своим клеткам, почти вся  эта организация развивается на месте из материала хозяина, а пересаженный материал образует лишь небольшую часть осевых  органов (хорды и иногда сомитов). В этом видна как будто организующая роль губы бластопора. В действительности можно отметить  лишь две особенности, характеризующие клеточный материал верхней губы бластопора. Во-первых, он энергично врастает  внутрь под эктодерму и дает затем начало клеткам хорды и мезодермы, как и должно бы быть по его происхождению. В этом  видна некоторая способность к самодифференцированию. Во-вторых, он вовлекает в свои движения соседний эктодермальный  материал, который затем приобретает все свойства типичной хордомезодермы. В этом выражается его способность к индукции.  Такое явление уподобления клеток называется ассимиляторной индукцией.

Свойства материала верхней губы бластопора этим не ограничиваются. Образовав зачаток хордомезодермы и вступив в контакт  с эктодермой, тот же клеточный материал вызывает в ней образование нервной пластинки. Таким образом, материал  хордомезодермы не только может побудить развитие чуждого материала в том же самом направлении, в котором он  развивается сам, но может вызвать в соседней части развитие совсем другого органа. Это явление также называется индукцией.  В отличие от ассимиляторной индукции иногда говорят в таких случаях о гетерогенной индукции. Существование обеих форм  индукции доказано очень многочисленными экспериментами. Наличие ассимиляторной индукции было подтверждено  следующим красивым экспериментом: производилась пересадка меченого с помощью прижизненной окраски чуждого  материала — эктодермы, взятой с боковой стороны зародыша, в область верхней губы бластопора. После того как этот  материал ввернулся внутрь и вошел в состав крыши первичной кишки, окрашенный кусочек извлекли оттуда и пересадили под  эктодерму другому зародышу. Здесь на новом месте контакта развилась добавочная нервная пластинка. Следовательно, чуждый  материал, внесен-вый в область крыши первичной кишки, сам приобрел все свойства последней и, в частности, способность  индуцировать нервную систему.

При ассимиляторной индукции материал разного происхождения вовлекается в одни и те же условия клеточного метаболизма,  и пет оснований думать, что при этом происходит непременно передача каких-то специфических веществ. При гетерогенной  индукции дело обстоит иначе. Трудно сказать, каково значение ассимиляторной индукции в нормальном развитии. Однако  гетерогенная индукция является, несомненно, одним из основных выражений формообразовательного значения взаимодействия  частей в индивидуальном развитии.

Явление индукции нервной пластинки послужило объектом исследования множества экспериментов, выполненных разными  учеными.  Невозможно  дать полный  обзор  их  результатов.  Мы остановимся только на самом существенном, относящемся к на-pieH основной теме. В процессе индукции происходит  действительно стойкое преобразование материала, а вовсе не простая активация каких-либо местных свойств материала.  Эктодерма сама по себе, взятая даже из спинной области бластулы или молодой гаструлы, не может дать начало чему-либо  организованному, даже эпидермису. Это показывают опыты искусственного извращения процесса гаструляции при помещении бластулы в гипертонический солевой раствор. Гаструляционные  движения происходят в другом направлении, чем в норме. Материал верхней губы и всей краевой зоны не вворачивается  внутрь, а обрастает вегетативные клетки снаружи, и это приводит к тому, что хорда образуется на поверхности, а клетки  мезодермы врастают между нею и массой вегетативных клеток. После этого весь зародыш покрывается энтодермой, в которой  происходят характерные дифференцировки различных отделов кишечника с железами, жаберными мешками и даже вкусовыми  Точками на переднем конце. Весь этот кишечник оказывается вывернутым наизнанку (внутренней поверхностью наружу). **  мезодерме также путем самодифференцирования образуются Мышцы, полость тела и почечные канальцы. Однако в собственно  ЗДтодерме,   которая   остается   снаружи   в   виде   обособленного мешка, не происходит никакой дифференцировки. Зародыш ц0, лучается без зачатка нервной системы, так как эктодерма не  могла вступить в контакт с хордомезодермой.

То же самое показывают и опыты культивирования различных частей раннего зародыша в стерильных изотонических солевых  растворах (раствор Гольтфретера). Части энтодермы дают путем самодифференцирования начало тем или иным отделам  кишечника соответственно их происхождению (мозаичное развитие). Однако части эктодермы тритонов совершенно не  способны к какой-либо дифференцировке (в чистой культуре, т. е. без других тканей). Брюшные части краевой зоны дают в  культурах путем самодифференцирования почечные канальцы, кровь и части кровеносной системы, которые нормально  развиваются из латеральных частей мезодермы. Спинной отдел краевой зоны, т. е. материал, который нормально вворачивается  через верхнюю губу, дает начало в средней части хорде и по бокам — осевой мускулатуре (сомитам), в изолированном  состоянии хорошо дифференцируется, но не самоорганизуется. В культурах куски, даже из средней части, которые нормально  дают хорду, развиваются не только в ткань хорды, но и в мышцы. Кроме того, они. дают нередко и совершенно чуждые  образования — эпидермис, нервную ткань и даже части мозга. Из боковых частей того же отдела, нормально дающих начало  мускулатуре тела, развиваются в изолированных культурах также куски хорды и нервная ткань, т. е., безусловно, чуждые  дифференцировки. Это показывает, что в организме имеются не только факторы, стимулирующие образование разнородных  дифференцировок, но и тормозящие влияния, не допускающие некоторые из возможных дифференцировок.

Ни эктодерма, ни материал верхней губы бластопора сами по себе не способны дать начало чему-либо организованному.  Только во взаимном контакте решается вопрос о их закономерном расчленении и развитии. Те самые куски материала краевой  зоны, которые, будучи изолированы, дают (в эксплантате) начало почти всему, чему угодно, развиваются при пересадке под  эктодерму (в имплантате) исключительно в хорду и мускулатуру. То же самое происходит и в культурах (в эксплантатах), если  кусочек краевой зоны культивировать в обвертке из индифферентной эктодермы. В этом случае из материалов краевой зоны  развиваются хорда и мускульные сегменты тела, а в прилежащей эктодерме индуцируются и развиваются различные отделы  центральной нервной системы и связанные с ними органы чувств.

Все эти опыты, так же как и многие опыты взаимных пересадок, ясно показывают значение взаимодействия между материалом  хордомезодермы и эктодермы. Материал хордомезодермы (т. е. ввернувшийся материал дорсальной области краевой зоны)  возбуждает клеточные перемещения в нижнем слое эктодермы, их концентрацию и преобразование в закладку нервной системы. С ДРУГ0И стороны, нервная пластинка оказывает обратное  воздействие на крышу первичной кишки, организуя ее и подавляя в ней способность к образованию чуждых для данного места  образований — эпидермиса, нервной ткани. В крыше первичной КИПТКИ образуются по бокам мускульные сегменты, которые в  свою очередь влияют на материал нервной пластинки и определяют по ее краям такое же сегментальное расположение  нервных узлов.

Возможность тормозящего влияния можно иллюстрировать еще следующим примером. Эктодерма из бластулы лягушки  образует в эксплантате неорганизованную массу. Однако в отличие от эктодермы хвостатых земноводных, в ней  дифференцируется железистое образование — присоска. Последняя развивается нормально в виде парного образования на  переднем конце головы. В эксплантате в каждом куске эктодермы, взятом с любого места зародыша, всегда развивается по  одной присоске, иногда огромной величины. Таким образом, вся эктодерма способна дать начало присоске. Однако нормально в  зародыше развивается только одна пара присосок на брюшной стороне передней части головы, под влиянием контакта со  стенкой передней кишки. Последняя изолирует эктодерму от влияния мезодермы и тем самым определяет место закладки и ее  парность. При отсутствии этого контакта, т. е. в остальной части тела, способность к образованию присосок подавляется  подлежащей мезодермой.

2. Индукция и реакция. Детерминация и компетенция

Основной индуктор (верхняя губа бластопора и развивающаяся из этой области хордомезодерма) был назван «организатором».  Это наименование преувеличивает его роль. В сущности он только определяет энергичное перемещение клеток, характер  движений материала и при установлении контакта с эктодермой выбор одного из двух возможных направлений развития  эктодермы: в сторону развития эпидермиса или в сторону развития нервной пластинки. Одновременно материал  «организатора» сам «организуется» под влиянием развивающейся нервной пластинки. Правильнее говорить просто об  индукции, причем следует помнить, что в явлениях индукции выражается результат взаимодействия известных частей, т. е. что  влияние имеет двусторонний характер. Индукция проявляется во взаимодействующей системе, состоящей по меньшей мере из  двух частей. Более активную часть совершенно условно называют индуктором (или эвокато-Р°м), а менее активную часть,  отвечающую явной реакцией, можно назвать так же условно реактором.

Реагирующая ткань далеко не индифферентна — она способна лишь к немногим реакциям и к тому же меняется по мере развития. Она способна реагировать лишь в определенное время, когда она достигает известной степени зрелости. Кроме того,  она и сама оказывает обратное воздействие на индуктор или сама приобретает свойства индуктора. Последнее также доказано  многочисленными опытами  пересадки  частей нервной  пластинки.

При пересадке части верхней губы бластопора на другое место или пересадке куска хордомезодермы под эктодерму другого  зародыша (на стадии бластулы или гаструлы) индукция вовсе не наступает в любое время — добавочная нервная пластинка на  ненормальном месте закладывается точно в то же самое время, когда закладывается и нормальная нервная пластинка. Только в  нормальное время она «компетентна» к ответной реакции. Во время уже наступившей ыейруляции, когда выявляется закладка  нормальной нервной пластинки, вся остальная эктодерма теряет свою нейральную компетенцию. Возможно, что это связано с  израсходованием материала нижнего слоя эктодермы для образования нормальной нервной пластинки. Пересадки губы  бластопора или хордомезодермы тогда уже не могут вызвать реакции образования добавочного зачатка нервной системы.

В результате индукции наступает прочное, необратимое определение судьбы обеих частей эктодермы. После закладки  материал нервной пластинки окончательно детерминирован и при любых пересадках (а также при культивировании в  эксплантате) дает начало только частям нервной системы. Вся остальная эктодерма также окончательно детерминирована и при  любых пересадках дает начало только эпидермису. Детерминация зачатка есть процесс, зависимый от другого зачатка  (индуктора) или от наличия известных веществ внутри клеток зачатка. Детерминированные зачатки в дальнейшем развиваются  уже путем самодифференцирования. Конечно, эти процессы не наступают мгновенно, они развиваются постепенно, по этапам,  в течение которых детерминация меняется от лабильной, еще обратимой при изменении условий развития, до прочной,  необратимой. По мере прохождения последовательных этапов детерминации меняется иногда не только количественное ее  выражение, но и качественное. На стадии ранней гаструлы эктодерма спинной ее части еще недетерминирована. На стадии  средней гаструлы детерминация имеет лишь весьма общий характер и ведет к развитию (в эксплантате) лишь небольших  нервных образований. Позднее детерминация оказывается более полной и ведет к развитию более крупных и лучше  организованных зачатков головного и спинного мозга. К концу гаструляции и в начале нейруляции части нервной пластинки  уже прочно и окончательно детерминированы: они дают начало различным отделам мозга точно согласно месту их  происхождения. То же самое показывают и опыты пересадки. На стадиях гаструляции отдельные куски эктодер-мы,   соответствующие  будущей нервной  пластинке,  развиваются на новом месте в обычный эпидермис, позднее из них развиваются целостные закладки нервной системы, а на стадиях  нейруля-дяи такие же куски нервной пластинки дают только части мозга, строго соответствующие месту происхождения  трансплантата. Вначале наступает детерминация органа вообще, а позднее детерминируются его отделы.

На первых стадиях нейруляции еще можно удалить часть закладки, и из оставшейся части разовьется вполне нормальная  нервная система со всеми ее отделами. На более поздних стадиях развития нервной пластинки получившиеся дефекты уже не  восполняются. Таким образом, ранние закладки нервной системы (это касается и закладок других органов) способны к  регуляции, и при удалении ее части развиваются все же как одно целое, в котором наступает типичное расчленение. По мере  дальнейшего развития это расчленение необратимо фиксируется.

3. Организация, или «индивидуация», зачатков

Типичная последовательность расчленения зачатка нервной системы определяется, по-видимому, также некоторым  взаимодействием. Для нормальной организации зачатка нервной системы требуется, прежде всего, известная длительность  взаимодействия эктодермы с хордомезодермой. В эктодерме сначала индуцируется лишь способность к развитию нервных  тканей, а затем постепенно определяется способность к образованию нервной трубки и, наконец, детерминируются  определенные отделы головного и спинного мозга. Иногда различают две формы индукции — эвокацию, т. е. влияние,  вызывающее образование зачатка, и индивидуацию, т. е. влияние, вызывающее региональные различия и общую организацию  зачатка. На конкретном материале трудно разграничить эти процессы, и вряд ли между ними имеются принципиальные  различия. Весь процесс детерминации идет под влиянием контакта с тем же индуктором.

На стадии гаструлы при повороте эктодермы будущей нервной пластинки на 180° она образует все же под влиянием индуктора  нормальную последовательность отделов мозга. На стадиях ней-руляции (закладка нервной пластинки) при таком же опыте  образуется обратная последовательность отделов. Последовательность расчленения устанавливается, следовательно,  одновременно с окончательной детерминацией материала нервной пластинки, очевидно, под влиянием того же индуктора. В  таком случае нужно ожидать, что индуцирующие свойства различных отделов хор-Домезодермы различны. Это предположение  показано экспериментально как в опытах с гомопластическими пересадками, так и в опытах с гетеропластической  эксплантацией разных отделов хордомезодермы. В последнем случае для эксперимента были взяты части  хордомезодермы одного вида тритонов и большие куски индифферентной еще эктодермы ранней гаструлы другого вида, отличающегося по размерам и пигментации  клеток. Куски хордомезодермы завертывались в эктодерму, и такая искусственная система культивировалась в солевом  растворе. В результате развивались более или менее сложные образования с самыми различными органами, происхождение  которых можно было точно проверить по характеру клеток. При эксплантации в такой системе материала верхней губы  бластопора или образовавшейся из нее передней части хордомезодермы этот материал дифференцируется в переднюю  (головную) кишку, хорду, мускулатуру. В прилежащем эктодермальном покрове  (другого вида) развиваются части головного мозга, глаза, обонятельные ямки и иногда слуховые пузырьки, т. е. только типичные головные  органы. При эксплантации кусочка задней части хордомезодермы из нее в таком же опыте развиваются хорда и мускулатура, а  в прилежащей эктодерме только зачаток спинного мозга, т. е. туловищные органы. В связи с концом задней части развиваются  и более или менее хорошо выраженные хвосты с продолжением хорды и мускулатуры. Следовательно, передняя и задняя части  индуктора действительно различаются по своим свойствам. Дальнейшие опыты показали, что между разными отделами  хордомезодермы нет качественных различий. Имеются лишь какие-то количественные различия и постепенное изменение  свойств при переходе от переднего конца крыши первичной кишки к заднему. Быть может, эти различия связаны с  последовательностью в развитии самого материала. Передний конец образуется из того материала верхней губы бластопора, который ранее всего ввертывается внутрь и проделывает довольно длинный путь под  эктодермой до района анимального полюса. Задний конец крыши образуется позже всего — в самом конце гаструляции.

Таким образом, мы приходим к вероятному выводу о том, что региональное расчленение зачатка нервной системы зависит, по  крайней мере отчасти, от свойств самого индуктора, который также обнаруживает региональные различия. Однако в индукторе  эти различия имеют количественный характер постепенного изменения от переднего конца к заднему. По-видимому, такой  характер различий определяется изменением концентрации каких-то веществ или изменением процессов клеточного обмена. Между тем, в зачатке нервной системы под влиянием этих  количественных различий наступает разделение на качественно различные отделы центральной нервной системы (развитие  которых определяется пороговым уровнем поступления индуцирующих веществ). Формообразовательное значение  количественных различий в распределении известных веществ, связанное с изменением метаболизма в известных  направлениях, установлено уже во многих случаях. Постепенное падение или нарастание концентрации некоторых веществ,  проявлений метаболизма, индуцирующих свойств или способности к известным реакциям (компетенции) характерно для очень  многих зачатков и обозначается как падение или нарастание некоторого градиента. Известный американский исследователь  Чайльд пытался построить на явлениях градиента законченную общую теорию развития. Это вряд ли возможно. Однако  огромное значение градиентов совершенно бесспорно. Между прочим, именно наличие градиента дает прекрасное объяснение  высокой способности к регуляции всех ранних, но уже детерминированных в общем зачатков органов, так как при удалении  части зачатка общий градиент не нарушается и вновь определяет развитие целого.

4. Природа индуцирующих влияний

Опытами межвидовой пересадки было доказано отсутствие видовой специфичности индуктора: индукция у тритона может  быть вызвана материалом, взятым от других видов земноводных (например, лягушки) или даже от очень далеких животных,  как, например, птиц и даже млекопитающих.

Более того, индукция нервной системы может быть вызвана в недетерминированной (индифферентной) эктодерме не только  материалом крыши первичной кишки (хордомезодермы) или его производными — хордой и мышцами, но и кусочком нервной  пластинки. Это напоминает явления ассимиляторной индукции, однако в отличие от последней индуцированная ткань не  вовлекается в состав ткани самого индуктора. Было найдено, что и различные другие ткани, как, например, кусочки печени,  могут вызвать образование нервной пластинки.

Это заставляло думать, что явление индукции связано с передачей каких-то широко распространенных в различных тканях  химических веществ, которые могли бы сохраняться и в убитых тканях. Действительно, оказалось, что губы бластопора,  растертые, убитые нагреванием, кипячением или даже действием спирта, также могут вызвать образование нервной пластинки.  Раздавливали материал верхней губы бластопора и центрифугированием отделяли более активные части протоплазмы,  которые также хорошо индуцировали. Наконец, извлекали индуцирующие вещества химическими методами и наблюдали нейральную индукцию в эктодерме гаструлы под влиянием таких веществ. В  настоящее время химическая природа индуцирующих веществ не вызывает сомнений. Многочисленными опытами показано,  что различные вещества, извлеченные из разных тканей, различаются и по результатам индукции. Из печени морской свинки  было извлечено > (петролейным эфиром) вещество, содержащее жирные кислоты и нуклеопротеиды, которое индуцировало в  гаструле тритонов органы передней части головы (передний и промежуточный мозг, глаза, органы обоняния), а из почек той  же морской свинки получен после подобной же экстракции нерастворимый остаток, который вызывает индукцию туловищных  органов (спинного мозга, хорды, мускульных сегментов, почечных канальцев, хвостов) . В этом виден интересный параллелизм  с влиянием переднего и заднего отделов хордомезодермы, которые, возможно, также отличаются и по составу действующих  веществ (точнее по их относительной концентрации).

Что касается способов передачи этих веществ при нормальном развитии, то она осуществляется, очевидно, путем диффузии  растворимых веществ или даже путем активного перемещения гранул по межклеточным мостикам. Прямые наблюдения  показывают, что в плазме клеток в области бластопора происходит накопление большого количества гранул, содержащих  рибонуклео-протеиды и переходящих при инвагинации в область крыши первичной кишки. Эти гранулы накапливаются между  хордоме-зодермой и прилежащей эктодермой. Затем они появляются в большом числе в клетках эктодермы. Прижизненная  окраска гранул крыши первичной кишки с помощью нейтрального красного показывает, что они перемещаются от индуктора к  реагирующей ткани и, вероятно, непосредственно определяют ее преобразование в нервную пластинку. Интересное  подтверждение этих выводов было получено в опытах с изолированными культурами. Если эктодерма гаструлы  культивируется в среде (солевом растворе), в которой до этого в течение нескольких дней культивировался хордомезобласт, то  в ней дифференцируются нервные и пигментные клетки без всякого организатора (пигментные клетки нормально развиваются  из боковых частей нервной пластинки, дающих начало также нервным узлам). Оказывается, что солевой раствор после  культивирования хордомезодермы сильно поглощает ультрафиолетовые лучи и содержит рибонуклеопротеиды.

Все эти факты, выявляющие химическую природу индуцирующих веществ и возможные пути их передачи, показывают вместе  с тем и их малую специфичность. Это обычные клеточные субстанции, которые, однако, присутствуют в индукторе в весьма  большой концентрации. Эти вещества могут быть заменены другими  веществами  с  аналогичным  действием,  во  всяком   случае они, по-видимому, одинаковы у самых различных животных. С другой стороны, реакция на действие индуктора строго  специфична. Она не только различна в различных реагирующих тканях, но обладает и видовой спецификой, ясно  обнаруживаемой в строении индуцированных органов.

Если у молодого зародыша тритона эктодерму передней части головы  заменить  эктодермой, взятой от  зародыша лягушки, то под влиянием индуктора (передней кишки) тритона в эктодерме разовьются ротовые органы. Однако соответственно  происхождению эктодермы от лягушки из нее разовьются у тритона типичные органы лягушки — присоски и роговые зубы. В  другом эксперименте, при пересадке эктодермы тритона на голову зародыша жабы (рис. 14), в ней под влиянием индуктора  жабы развиваются балансеры — типичные личиночные органы тритона. Специфическая видовая дифференцировка органов и  гистологических структур во всех таких опытах определяется всегда не индуктором, а происхождением реагирующего  материала. Индуктор не обладает видовой специфичностью, и он может быть заменен индукторами совершенно других  организмов. Реагирующая ткань всегда выявляет видовые особенности согласно своему происхождению. Это показывает, что  реализация формообразовательных процессов всегда контролируется наследственными свойствами материала — его нормой  реакций.

В свете изложенных фактов становится ясно, что говорить о «первичном» индукторе как об «организаторе» — неправильно.  Однако даже если его роль сводится лишь к активации некоторых дремлющих (латентных) возможностей или тенденций  развития реагирующего клеточного материала, то его значение нельзя и недооценивать. Индуктор или эвокатор, во всяком  случае: 1) решает (реализацией контакта и передачей активирующих веществ) вопрос альтернативного выбора одного из  возможных путей развития; 2) фиксирует активированный путь развития и одновременно затормаживает другие пути. Кроме  того, и это, может быть, самое существенное, установление временного контакта между индуктором и реактором приводит к  согласованию времени, места и протяженности формообразовательных процессов во взаимодействующих частях.

В этом смысле весьма показательны результаты следующего эксперимента. Эктодерма от вида тритонов с крупными яйцами пересаживалась в область крыши первичной кишки другого  вида—с мелкими яйцами. Нервная пластинка, развившаяся под влиянием контакта, имела, конечно, крупноклеточное строение,  общие же ее размеры соответствовали размерам малого вида. Таким образом, здесь сразу установились нормальные  соотношения между органами, т. е. пропорциональное целое.

Мы рассмотрели пока только вопрос о значении первичного индуктора — верхней губы бластопора и развивающейся из нее  крыши первичной кишки. В результате этой индукции в эктодерме образуется нервная пластинка, которая в свою очередь  получает свойства индуктора. В эксперименте она может как мы уже упомянули, индуцировать и новую нервную пластинку. В  нормальном развитии она расчленяется на отделы головного и спинного мозга, дает начало ганглионарной пластинке, а через  это — ганглиям периферической нервной системы, пигментным клеткам и даже некоторым частям скелета (висцеральному  скелету головы).

Различные части нервной системы обладают также индукционными свойствами. Передний край нервной пластинки индуцирует  в прилежащей эктодерме образование органов обоняния. Задний мозг индуцирует в близлежащей эктодерме развитие слуховых  пузырьков, т. е. органа слуха. В области промежуточного мозга за счет самой нервной пластинки развиваются зачатки глаз —  глазные пузыри, которые затем превращаются в глазные бокалы. Мы уделим особое внимание именно развитию глаза, как  наиболее изученному объекту экспериментальных исследований.

5. Саморазвитие глаза

Зачатки глаза обладают свойствами индуктора. Когда глазной бокал, растущий от зачатка мозга, касается эктодермы, на месте  контакта эктодерма утолщается и превращается в зачаток хрусталика глаза (рис. 15). Если до этого сместить глазной бокал так,  что он не может достигнуть эктодермы, то хрусталик не развивается. Если зачаток глаза пересадить на любое другое место под  эктодерму, то на этом, чуждом для него месте развивается все же нормальный хрусталик. То же самое произойдет, если на  ранней стадии развития глазного зачатка заменить головную эктодерму туловищной. Из туловищной эктодермы на месте  контакта с глазным бокалом развивается типичный хрусталик. Зависимость развития хрусталика от индуцирующего влияния  глазного бокала совершенно ясна (у большинства амфибий). Однако этим дело не ограничивается. В самом зачатке хрусталика  наступает дифференцировка его клеток опять-таки в зависимости от инДуцирующего влияния внутренней стенки глазного  бокала, т- е. зачатки сетчатки глаза. В хрусталике, имеющем вначале полого пузырька, утолщается внутренняя стенка, обращенная к сетчатке, и истончается наружная стенка. Клетки внутренней  стенки превращаются в прозрачные волокна, образующие волокнистое ядро хрусталика, которое и служит светопреломляющим  телом глаза. Клетки наружной стенки образуют тонкий прозрачный покров. Под влиянием глаза происходит также  преобразование прилежащей кожи в прозрачную роговицу. Опыты пересадки доказали и здесь наличие индуцирующих  влияний со стороны глаза.

Как и в опытах с первичным индуктором, все эти влияния малоспецифичны и могут быть заменены другими сходными  влияниями. Образование хрусталика может быть вызвано различными тканями, экстрактами и веществами, подобными  головным индукторам. Дифференцировка хрусталиковых волокон, и притом в строгой полярной ориентировке, наступает не  только при контакте с ретиной, но и при контакте с чувствующим эпителием слухового пузырька, слуховым ганглием и  другими нервными тканями (рис. 16). Очевидно, суть заключается в сходных или даже идентичных веществах, выделяемых  сходными органами.

С другой стороны, и в этих опытах проявляется строгая видовая специфичность реагирующей ткани. При обменных  пересадках между зародышами разной величины, например двумя видами тритонов — большим (Tr. cristatus) и малым (Tr.  taeniatus) или аксолотлем и тритоном, наблюдаются, однако, не только сохранение специфических свойств клеточного  материала, но и интересные соотношения в общих размерах. Эпидермис аксолотля образует при контакте с глазным бокалом  тритона, согласно своему происхождению, чрезмерно большой хрусталик. Эпидермис малого тритона (Tr. taeniatus) образует в  глазу большого тритона (Tr. cristatus) слишком малый хрусталик. Эпидермис большого тритона образует под индуцирующим  влиянием глазного бокала малого тритона слишком большой хрусталик, рост которого, однако, при дальнейшем развитии несколько задерживается. В  этом видна некоторая способность к регуляции роста. Она находит свое выражение также в регуляторном росте глазного бокала  и указывает на наличие обратного влияния со стороны хрусталика на глазной бокал. Так, в случае развития большого  хрусталика из эпидермиса аксолотля в контакте с малым бокалом тритона последний начинает также увеличиваться в своих  размерах. Согласование величины глазного бокала и хрусталика есть один из важнейших результатов их взаимовлияния. При  удалении одного бластомера с половиной серого полумесяца (т. е. первичного индуктора), из второго бластомера развивается  совершенно нормальная личинка половинного размера. При пересадке глазного бокала такого половинного размера в личинку  нормального размера, в ней индуцируется и хрусталик половинного объема соответственно пересаженному бокалу.

При оплодотворении яйца, из которого предварительно было удалено ядро, получаются зародыши, клетки которых содержат  лишь половину нормального числа хромосом. Такие гаплоидные клетки имеют вдвое меньшие размеры. Если эпидермис  такого гаплоидного зародыша пересадить к глазному бокалу нормального диплоидного зародыша, то из него развивается  хрусталик нормальной величины, состоящий из значительно большего числа маленьких гаплоидных клеток.

Величина хрусталика определяется, следовательно, не величиной клеток и не их числом, а общей нормой реагирования данного  вида на данный индуктор. Если обе части реагирующей системы принадлежат одному виду, то сразу образуется  пропорциональное целое. В результате индуцирующего влияния глазного бокала развивается согласованная система: глазной  бокал — хрустали^ которая в значительной степени способна к регуляции своей структуры. Дело не ограничивается  соотношениями в величине его частей. Происходит и взаимный контроль гистологической дифференцировки.

Глаз является относительно простой формообразовательной системой. Наружное его положение, легкость пересадок и  эксплантации привели к тому, что механизм развития глаза и факторы морфологической и гистологической  дифференцировки его частей оказались изученными с гораздо большей полнотой, чем какие бы то ни было другие  формообразовательные процессы. Вместе с тем результаты экспериментов имеют и общее значение — они выяснили  сложность взаимоотношений, определяющих саморазвитие уже детерминированной системы. Глазной пузырь детерминирован  лишь в общем. В эксперименте любая его часть может дать начало ретине или пигментной оболочке. Направление развития  диктуется условиями, в которые попадают эти части (рис. 17). Если в солевом растворе части глазного пузыря или бокала  соединяются в сплошную массу, они развиваются только в сетчатку. Если же эти части растягиваются и располагаются тонким  слоем, то они сетчатки не дают, а в присутствии мезен-химных клеток превращаются в пластинки или пузыри из пигментного  эпителия. В нормальном развитии глазного пузыря его наружная стенка с самого начала несколько толще и прилегает  вплотную к эктодерме покровов. Естественно, что. в сплошиов массе клеток легко происходит накопление продуктов их  жизнедеятельности, а снабжение кислородом затруднено. Это определяет развитие глазного пузыря в сетчатку. Тесная связь с  эктодермой и образование пограничной мембраны приводят к стягиванию растущей стенки глаза. Это способствует ее  свертыванию в бокал. Одновременно в эктодерме образуется хрусталик, который выполняет полость бокала. Все эти тесные  связи поддерживают наметившееся развитие в сторону сетчатки. По мере ввертывания наружной   стенки   пузыря   внутрь   она    становится   внутренней стенкой бокала и оказывается в условиях весьма полной изоляции от внешней среды, так как вход в бокал замыкается  хрусталиком. Наоборот, обращенная к мозгу стенка пузыря оказывается снаружи и растягивается по мере образования бокала и  его дальнейшего роста. Получается тонкий слой клеток, свободно омываемый внешней средой. Естественно, что продукты  жизнедеятельности клеток свободно удаляются и, с другой стороны, происходит свободное снабжение кислородом. Как и в  солевых культурах, такое положение не допускает дифференцировки ретины и способствует образованию пигментной  оболочки. Для реализации этой возможности требуется, однако (как и в культурах), наличие мезенхимных клеток, которые  обволакивают глазной бокал одним слоем, образующим род очень тонкой мембраны. Позднее в этот слой мезенхимы врастают  кровеносные сосуды (образуется сосудистая оболочка глаза), и лишь тогда, при полном обеспечении снабжения кислородом,  пигментная оболочка глаза достигает своего полного развития. На стадиях глазного пузыря и раннего глазного бокала ткани их  стенок еще не детерминированы в своих частных свойствах — они одинаково способны дать начало в соответствующих  условиях как сетчатке, так и пигментной оболочке. Любой участок глазного бокала может дать начало и небольшому целому,  правильно сформированному, глазу. При дифференцировке внутреннего слоя бокала в ретину происходит ряд изменений  (между прочим, выталкивание имеющихся и в нем пигментных зерен), после этого клетки этого слоя оказываются уже  окончательно детерминированными — они могут теперь развиваться только в сторону образования вполне  дифференцированной сетчатки. Наоборот, клетки пигментной оболочки глаза у земноводных вообще не достигают уровня  прочной детерминации и сохраняют свою способность дать в подходящих условиях начало как ретине, так и более сложным  глазным структурам и даже целому глазу. Эта способность сохраняется у бесхвостых амфибий вплоть до метаморфоза, а у  хвостатых — в течение всей жизни.

Мы дали лишь схематический обзор факторов, определяющих дифференцировку некоторых частей глаза. В действительности  соотношения еще много сложнее. Приведенных данных, однако, Достаточно для ряда важнейших выводов. Клеточная  дифферен-Цировка определяется различиями в обмене веществ, которые Устанавливаются при данном положении частей. Эти  различия связаны с соотношением частей между собой и с окружающей их средой. В частности, отмечено значение  механических факторов стягивания и растяжения, проницаемости оболочек, условий накопления или удаления продуктов  собственного обмена, степени снабжения кислородом. Во всех этих случаях ярко выступает значение исторически сложившихся  взаимозависимостей для нормального саморазвития данной системы.

Поясним это положение еще только одним примером. Части нервной пластинки дифференцируются при культуре в солевых  растворах в зависимости от условий, в какие они попадают. Кусочки, приставшие к дну сосуда или к куску хорды,  растягиваются и образуют тонкие пластинки. При контакте с мезенхимой образуются тонкостенные пузыри и трубки. В  изолированных кусках и при контакте с сомитами (мускульными сегментами) образуются толстостенные участки мозга. В  нормальном развитии нервной пластинки боковые части, прилежащие к сомитам, утолщаются. Средняя, прилежащая к хорде  часть образует тонкую пластинку. После замыкания нервной пластинки в трубку спинной шов этой трубки формируется под  влиянием мезенхимы и дает начало тонкой эпителиальной крыше. В толстых боковых массах идет, очевидно под влиянием  накопления, собственных продуктов, самодифференцирование нервной ткани. Эти зависимости в общем сходны с теми,  которые характерны и для развития глазного бокала. И в данном случае ясно выступает значение исторически сложившихся  взаимоотношений развивающегося органа с его нормальным окружением.

Взаимосвязи оказывают формообразовательное воздействие как через механические влияния, так и, в особенности, через  изменение в клеточном метаболизме. При индукции нервной пластинки это происходит, очевидно, путем непосредственной  передачи рибонуклеопротеидов. В других случаях передаются, вероятно, более простые продукты обмена, или происходит  накопление собственных продуктов, если для их удаления имеются препятствия. Не меньшее значение имеет, конечно, приток  питательных веществ и снабжение кислородом. Во всех этих случаях небольшие, даже количественные различия приводят к  изменению обмена веществ, дальнейшему нарастанию различий и, наконец, к качественным различиям в дифференцировке  первоначально однородных зачатков.

Мы особо подчеркиваем, что все формообразовательные влияния имеют внутри данной системы характер сложных  взаимозависимостей. Мы уже обращали внимание на то, что хордомезо-дерма определяет развитие нервной пластинки, но  только обратное влияние нервной пластинки окончательно определяет развитие хорды и мезодермы в крыше первичной кишки.  Различные части хордомезодермы вызывают развитие разных отделов мозга, а мускульные сегменты — образование ганглиев.  С другой стороны, разные отделы мозга вызывают развитие органов чувств, которые окончательно формируются во  взаимодействии с передней частью крыши первичной кишки. Глазной пузырь подрастает под эктодерму и связывается с нею.  Это вызывает в эктодерме образование хрусталика, но оказывает и обратное влияние на глазной пузырь, определяя его  преобразование в бокал. Внутренняя стенка бокала, изолированная хрусталиком от внешнего окружения, развивается в ретину, которая оказывает обратное влияние на хрусталик, определяя в ближайшей  его стенке образование волокнистого ядра. Однако и в дальнейшем, только при взаимном влиянии ретины и хрусталика  завершается их окончательная дифференцировка. В самом глазном пузыре его стенки первоначально равнозначны. Однако с  образованием бокала они попадают в разное положение и характер их обмена явно расходится. В условиях сжатия клеток,  накопления продуктов обмена и малого снабжения кислородом (чему способствует сначала связь с эктодермой, а затем  положение хрусталика) во внутренней стенке бокала дифференцируется ретина. В условиях растяжения внешней стенки бокала,  свободного удаления продуктов обмена и хорошего снабжения кислородом из нее развивается пигментная оболочка. Последняя  развивается в зависимости от условий формообразования и роста внутренней стенки — ретины. Однако и пигментная оболочка  оказывает свое влияние на ретину. Между нею и ретиной имеется щелевидное пространство (остаток полости глазного пузыря)  с жидкостью, в которую, с одной стороны, могут удаляться продукты обмена из ретины и, с другой стороны, может  подводиться кислород. И то, и другое происходит через посредство пигментной оболочки. Это определяет развитие слоя  зрительных рецепторов в ретине на поверхости, обращенной к пигментной оболочке (высшие дифференцировки возникают  лишь в условиях максимальной изоляции на противоположной стороне ретины, обращенной внутрь глаза; здесь развивается  слой нервных клеток).

Резюмируя все сказанное, мы должны отметить, что саморазвитие известной системы определяется клеточным обменом  веществ в ее частях и тканях. Характер клеточного обмена зависит прежде всего от веществ (энзимов, рибонуклеопротеидов и т.  п.), имеющихся в составе цитоплазмы этих частей или тканей и полученных либо прямо от цитоплазмы яйца при его  дроблении, либо синтезированных при участии активных веществ цитоплазмы. Он зависит и от продуктов обмена,  накапливающихся в клетках данной ткани или поступающих в данные клетки извне — из соседних тканей. Все это — процессы,  зависящие от пространственных соотношений и меняющиеся во времени. В больших массах клеток дифференцировка идет  всегда полнее. С течением времени эти процессы нарастают — длительный контакт взаимодействующих частей ведет к более  полной дифференцировке. И в изолированной массе однородных клеток начавшаяся уже Дифференцировка продолжает  нарастать. Даже в солевых культурах происходят возрастные изменения. Последние, как мы видели, имеют большое значение,  определяя компетенцию эмбриональной ткани, т. е. ее способность к определенным реакциям. Вместе с тем отметим, что  нормальное развитие формообразовательных систем возможно только в условиях нормальных, исторически сложившихся соотношений. Это, в свою очередь, говорит в пользу того, что формообразовательные взаимодействия,  все средства связи, специфика активных веществ и формы реагирования сами приобрели свое значение только вместе с  историческим развитием данных систем.

Во всех случаях эмбрионального развития при нормальных соотношениях частей взаимодействия внутри системы как между  клетками данной ткани, так и между различными зачатками и тканями имеют характер взаимной стимуляции процессов,  ведущих к прогрессивному развитию данной системы. Как мы отмечали в введении, это характерно для систем регуляции с  положительной обратной связью.

6. Детерминация и развитие конечностей

Все предыдущее описание механизма формообразования относилось только к органам нервной системы, как наиболее  изученным. Явления индукции исследованы и при закладке многих других органов. О некоторых органах головы мы уже  упоминали. Можно было бы многое сказать о высокой степени самодифференцирования всей системы первичного кишечника  и об индуцирующем влиянии ее отделов на развитие других органов, как, например, присосок, зубов, частей органа обоняния,  на расположение глаз, на развитие наружных жабер и многое другое. Однако нашей задачей является не описание множества  родственных явлений, а лишь освещение типичных соотношений, которые позволят нам понять общий механизм  формообразования и его регуляции. Поэтому мы ограничимся еще только кратким обзором развития конечностей, так как на  этих органах детально изучено явление регенерации.

Зачатки конечностей появляются у личинок земноводных в виде бугорков по бокам тела, передняя конечность —  непосредственно позади закладок жабер (в области личиночной головной почки) и задняя — непосредственно впереди клоаки.  Этой видимой снаружи закладке органа предшествуют, однако, более ранние образования. В наружной стенке полости тела —  соматоплев-ре образуется утолщение, из которого затем высвобождаются ме-зенхимные клетки, устремляющиеся прямо к  противолежащей эктодерме. Здесь они оседают в виде небольшого клеточного диска, на котором в это время эпителий  утолщается и приподымается в виде бугорка. Накопление мезенхимных клеток продолжается, они размножаются, и зачаток  принимает форму почки, вырастающей в конический выступ, на конце которого затем намечаются закладки пальцев. Сгущение  клеток по центральной оси зачатка дает начало скелету конечности, а еще позднее вокруг скелета начинают  дифференцироваться мышцы. Одновременно в зачаток врастают нервы и кровеносные сосуды.

Передняя конечность закладывается обычно много раньше, чем задняя, на стадии формирующегося зародыша (когда едва  начинает удлиняться хвостовая почка). Однако мезодермальный материал конечности детерминирован много раньше.  Соответствующие области детерминированы уже на стадиях гаструлы и ранней нейрулы, как это видно из опытов пересадки  соответствующих участков бока зародыша. Уже на этой стадии можно получить развитие конечностей на чуждом месте из пересаженного туда материала. Из этого следует, что материал будущих  конечностей детерминируется одновременно с детерминацией других мезодермальных органов в первичной индукционной  системе крыши первичной кишки. Однако этот материал детерминируется лишь в общем. В результате этого процесса боковая  стенка полости тела (соматоплевра) на всем протяжении от жаберной области до клоаки становится способной к образованию  конечностей. Нормально, однако, конечности образуются только в передней и задней частях этой области. Для развития  конечности в промежуточной области требуется какой-либо дополнительный стимул в виде совершенно неспецифического  индуктора. Таковым может служить пересаженный слуховой пузырек, зачаток органа обоняния или другой активный зачаток  (рис. 18). В этом случае на месте пересадки развивается добавочная конечность за счет местного материала боковой пластинки  (соматоплевры), а не за счет трансплантата, в котором развиваются только свои специфические образования. Время образования  добавочного зачатка не определяется временем подсадки «индуктора», а соответству-ет компетенции соматоплевры на данном  ее уровне. Закладка Добавочной конечности образуется позже, чем закладка нормальной передней конечности, и тем позднее,  чем далее назад произ-в©Дена ее активация. Однако она формируется раньше, чем образуется закладка нормальной задней  конечности.

Все это связано с общей последовательностью в развитии осевых органов зародыша. В боковой мезодерме ее компетенция к  образованию зачатков конечностей, следует, очевидно, имеющемуся передне-заднему градиенту (веществ и метаболизма).  Реализация зачатков в нормальном развитии определяется, вероятно, известными пороговыми уровнями для передней и задней  конечности (на высшей и низшей точке градиента). Пороговый уровень развития добавочной конечности, очевидно, выше, и для  ее реализации требуется дополнительная активация клеточного материала боковой пластинки.

На большей части бока позади передней конечности образуются добавочные конечности, которые по своему строению являются  передними. Однако на небольшом расстоянии впереди от нормальной задней конечности образуются чаще задние добавочные  конечности. В промежуточной области развиваются либо передние, либо задние конечности. В этом сказываются, быть может,  местные влияния или общий уровень мезодермального градиента (как и в норме). В раннем мезодермальном зачатке  конечности, имеющем вид утолщения в соматоплевре без каких-либо изменений в эктодерме лабильно детерминирована только  передне-задняя ось. Эта поляризация определяется, вероятно, вместе с регионализацией нервной пластинки и материала  боковой пластинки мезодермы. При пересадке участка бока с такой закладкой он дает начало нормальной конечности, но  только в ориентации, соответствующей взятому материалу. Таким образом, при повороте зачатка на 180° развивающаяся  конечность направлена локтевым изгибом вперед, а не назад. Такие ранние зачатки способны к регуляции — из части зачатка  может развиться целая конечность (при пересадках или повреждении нередко из одного зачатка развиваются две конечности).  Даже на стадии бугорка зачаток конечности может быть разделен на части, и при пересадке на чуждое место каждая часть дает  начало целой нормальной конечности. При искусственном соединении двух зачатков также развивается одна  нормальная конечность (при условии одинаковой ориентации обоих зачатков).

Детерминация внутренней организации и, следовательно, ее полярности в различных направлениях протекает в известной  последовательности. Передне-задняя ось, как сказано, детерминирована уже в мезодермальном материале боковой пластинки  (соматоплевре) и определяется, вероятно, известной организаци- \ ей в системе хордомезодермы. Эта детерминация, однако,  еще не совсем прочная и под влиянием ближайшего окружения может быть изменена. При раздвоении зачатка или при  пересадке, когда два зачатка оказываются в непосредственной близости друг я другу, один из них развивается почти всегда в  обратной ориентировке (одна конечность имеет вид зеркального отображения дрУ' гой). Точно также в ел^ае экспериментальной  индукции в промежуточной области между передней и задней конечностью развивается добавочная конечность с обратной ориентировкой. При  пересадке в индифферентную область, где влияние соседней конечности не сказывается, и самые ранние зачатки дают  нормальное положение частей (первым пальцем вперед и локтевым изгибом назад, коленным изгибом вперед). Позднее, под  влиянием ближайшего окружения, в зачатке фиксируется спинная и брюшная сторона и, наконец, проксимо-дистальная  последовательность частей. На стадии выступающего бугорка внутренняя организация конечности уже детерминирована, при  пересадках она сохраняет свою типичную структуру — зачаток правой стороны тела при пересадке на левую сторону дает  теперь начало только правой конечности. Многими экспериментами доказано, что местная эктодерма сама по себе совершенно  индифферентна. Детерминирован только мезодермальный материал. Однако для его развития в каких бы то ни было условиях  совершенно необходим контакт с индифферентной эктодермой, которая активизируется под его влиянием, утолщается и  принимает форму бугорка. К организованному развитию способна только такая система взаимодействующих частей —  детерминированной мезенхимы и эпителия (однако детерминированная эктодерма чуждых областей, как, например, жаберной  области, не может взаимодействовать с детерминированной мезенхимой конечности). После сформирования такого зачатка он  уже способен к самоорганизации в любом окружении, не требуя ни определенной иннервации, ни поступления каких-либо  специфических веществ. Необходимы лишь условия для возможности роста зачатка, такие, как снабжение питательными  материалами и кислородом. При достижении известного объема зачатка начинается его гистологическая дифференциров-ка.  Самоорганизация конечности, несомненно, идет под руководящим влиянием взаимодействий внутри самого зачатка. Очевидно,  как и в зачатке глаза, дифференцировка частей определяется различным их положением и соответственно различиями в обмене  веществ.

Мы отмечаем лишь основное, что необходимо для формирования зачатка. Утолщения соматоплевры на известных уровнях  осевого градиента являются источником детерминированного ме-зодермального материала для зачатков конечностей. Из этих  Утолщений высвобождаются мезенхимные клетки, направляющие-ся к близлежащей эктодерме. Устанавливается связь между  этой мезенхимой и эктодермой. В результате влияния мезенхимы эпителий активизируется и начинает усиленно притягивать  все но-вые мезенхимные клетки. Последние образуют скопление под эктодермой, и в ответ на это эпителий реагирует  образованием Утолщения. С другой стороны, только под влиянием этого эпителия мезенхимные клетки группируются в  определенный зачаток. Передняя и задняя стороны зачатка предопределены уже в мезепхимном материале. Как мезенхима, так и эпителий приобретают при их взаимодействии новые свойства. В зависимости  от ближайшего окружения детерминируется общая организация конечности — ладонная и тыльная ее стороны. Соответственно  положению зачатка определяются также различия вдоль главной оси зачатка. Во всем этом выражается значение нормальных,  исторически сложившихся соотношений между различными органами. Только в таких соотношениях возможна детерминация  основ организации какого-либо зачатка. Однако без взаимодействия детерминированной мезенхимы с индифферентной  эктодермой образование какого-либо зачатка, а тем более становление его внутренней организации, совершенно невозможны.  Взаимодействие мезенхимы и эктодермы в зачатке конечности выражается во взаимной их стимуляции па последовательных  этапах развития, т. е. совершается внутри цикла с положительной обратной связью, которая, как мы уже знаем, всегда  определяет прогрессивное саморазвитие такой системы.

7. Регенерация конечностей

Конечности амфибий в высокой степени способны к регуляции не только у личинки, но даже и у взрослых хвостатых амфибий  (тритонов, аксолотлей, саламандр). Конечность, отрезанная на любом ее уровне, полностью восстанавливается, т. е. заново  развивается именно только недостающая часть. Эта форма регуляции называется регенерацией (рис. 20). Раньше предполагали,  что при регенерации все ткани восстанавливаются из остатков той же ткани, и при полном удалении органа его регенерация  невозможна. В настоящее время многочисленными экспериментами доказано, что это не так. Мояшо полностью извлечь из  конечности весь ее скелет или отдельные его части. Скелет при этом не восстанавливается. Если же такую конечность отрезать,  проведя поперечный разрез через отдел, лишенный скелета, то вся отрезанная часть конечности восстанавливается вместе со  своим скелетом.

Источником материала для регенерации конечности являются, конечно, его остатки или ткани ближайших частей тела. Однако  этот материал используется не непосредственно как материал для построения соответствующих тканей. На месте повреждения  происходит распад дифференцированных тканей с освобождением клеток от продуктов дифференцировки. От кожи краев раны  происходит надвигание клеток базального слоя эпителия, которые постепенно покрывают непрерывным слоем всю  поверхность раны. Рана, таким образом, затягивается. Под эпителием начинают накопляться «дедифференцированные» клетки  из поврежденной я ближайшей к ней части остатка органа. Это скопление клеток образует регенерационную бластему,  вступающую в тесную связьс эпителием. В этой взаимосвязи происходит затем самоорганизация регенерационной почки и ее развитие соответственно ее  положению и связям с остатком органа. Нервы и кровеносные сосуды врастают в регенерат из остатка органа или из  ближайших частей тела. Они служат средством питания регенерата и не определяют сами по себе каких-либо специфических  процессов развития. Регенерация протекает, следовательно, в основном сходно с нормальным развитием органа. Это сходство  оказывается еще большим, если вникнуть в некоторые детали.

Регенерационная бластема возникает из любых мезодермаль-ных источников — скелета, мышц и соединительной ткани. Она  совершенно однородна и может развиться полностью из одного из указанных источников. В целом это детерминированная  конеч-ностная мезодерма. Таким образом, орган сохраняет неизменной ту детерминацию своего материала, которая была  приобретена еще в мезодерме гаструлы. Полярная организация материала определяется влиянием непосредственно  прилежащих частей (остатка органа или ближайшей территории). Проксимодистальная последовательность этой организации  определяется соответствующим уровнем остатка органа (т. е. развивается всегда как раз недостающая дистальная часть органа).  Все это доказывается многими экспериментами пересадки регенерационной бластемы. В соответствии с нашей основной темой  мы обратим внимание только на факторы, определяющие самоорганизацию регенерационной почки. Последняя состоит, как  сказано, из однородной бластемы и покрывающего ее эпителия. Почку можно разделить и из ее половины в подходящих  условиях разовьется целая конечность. Можно соединить материал нескольких коыечыостных бластем и из этой массы может  развиться все же одна нормальная конечность. Для самоорганизации этой однородной массы требуется ее взаимодействие с  подходящим (по территории) эпителием (эпителий сам по себе не определяет формообразования, и если под него подсадить  мезодермальный материал, взятый из хвоста, то регенерирует хвост). Взаимодействие возможно лишь при наличии  непосредственного контакта. Если эпителий регенерационной почки заменить кожей конечности, то регенерация невозможна,  так как соединительнотканный слой кожи препятствует   непосредственному   контакту   бластемы   с   эпителием.

Взаимодействие обоих компонентов регенерирующей системы выражается в следующем. Дедифференцированные клетки  мезодермы накопляются на месте повреждения и покрываются наползающими на них эпителиальными клетками. Влияние  .эпителия выражается в привлечении мезодермальных клеток из остатка органа. На это накопление бластемы эпителий  реагирует клеточными делениями и утолщением. Эти изменения эпителия вызывают в бластеме ответную реакцию:  размножение ее клеток и их группировку, т.  е.  появление  структуры регенерационной дочки. Дифференцировка наступает только после достижения ре-генерационной бластемой известного объема. Увеличение  массы бластемы может быть достигнуто искусственно при нанесении больших повреждений, при подсадке раздробленных  тканей конечности или при соединении нескольких регенерационных бластем. Во всех этих случаях стимулируется клеточное  размножение и значительно ускоряется процесс регенерации. Время наступления клеточной дифференцировки, ее скорость и  полнота определяются при регенерации, как и при нормальном развитии, в значительной мере накопившейся массой  клеточного материала.

Формообразование при регенерации конечностей повторяет, следовательно, типичные процессы нормального развития.  Детерминация основ организации (осей) определяется ближайшим окружением, т. е. исторически сложившимися связями, а  дальнейшее развитие зачатка идет при теснейшем взаимодействии основных компонентов системы — детерминированной  мезодермаль-ной бластемы и эпителия. Взаимодействие мезодермы и эпителия выражается в последовательных фазах  взаимной стимуляции — перемещения, накопления, притяжения и размножения клеток. Все это — звенья непрерывного цикла  зависимостей с положительной обратной связью (от эпителия к мезенхиме), которая определяет саморазвитие данной системы.

Развитие регенерата является примером типичного саморазвития формообразовательной морфологической системы. Как и в  других случаях, это саморазвитие вовсе не есть развитие независимое. Наоборот, оно определенно контролируется  взаимосвязью с организмом в целом. У личинки регенерация отрезанных конечностей идет быстрее, чем развитие  неповрежденной конечности на противоположной стороне тела. При перерезке нерва регенерация прекращается, а при  восстановлении иннервации возобновляется и регенерация. В этом сказывается однако, только трофическое значение  иннервации (через симпатическую нервную систему и кровоснабжение). Ясно, что наличие регенерата на стадии его роста  оказывает определенное влияние на остаток органа и на весь организм через посредство симпатической нервной системы. Это  вызывает ответную реакцию в виде усиленного питания растущего зачатка до тех пор, пока величина (и Уровень развития)  регенерата не придет в нормальное соответствие с остатком органа. Тогда скорость роста регенерата и нормальной конечности  выравнивается. Очевидно, развитие регенерата создает высокий уровень градиента в дистальной части конечности. По мере  прогрессивной его дифференцировки этот градиент во всей конечности выравнивается. Дифференцировка регенерата  определяется, как мы видим, внутренними факторами, однако ее региональность определяется проксимо-дистальной  последовательностью частей во всей конечности в целом. Несомненно, что саморазвитие регенерата как системы определяется  внутренними взаимозависимостями (между мезодермой и эпителием) Однако эта система конечно, связана каналами связи с  «внешней» средой — с остатками органа и через это со всем организмом. Эти связи идут в обоих направлениях. И здесь  контроль общего результата был невозможен, если бы не было обратной связи от регенерата к организму в целом.

В разном действии передней и задней частей хордомезодермы (из которых первая вызывает индукцию головного мозга и  других органов головы, а вторая — туловищных и хвостовых органов) мы видим уже некоторую специфику индукционных  воздействий. Ткань печени морской свинки вызывает в эктодерме три тона исключительно индукцию головных органов  (головного мозга, часто с глазами, нередко органов обоняния и балансеров). Почка вызывает образование к эктодерме главным  образом туловищных органов. Также различаются по индуцирующему действию белки и рибонуклеопротеиды, извлеченные из  печени и из почек. Как показывают параллельные опыты с тканевыми экстрактами и синтетическими соединениями, эта  специфика связана с химическими различиями действующих при индукции веществ. До известной степени специфичны и  другие индукционные воздействия.

Волокнистое ядро хрусталика образуется в норме под влиянием сетчатки. В эксперименте оно образуется также и при контакте с  другими тканями, однако только с родственными нервными тканями или чувствующим эпителием. Очевидно, эти ткани  сходны по метаболизму и по продукции веществ, специфически влияющих на дифференцировку хрусталика.

В этом свете очень интересны опыты получения рибонуклеиновой кислоты из тканей различных органов быстрым методом.  Оказывается, эти рибонуклеиновые кислоты вызывают в эмбриональных тканевых культурах образование гомологичных  органов.

Формообразование всегда определяется взаимодействием частей. При этом важную роль играют активные вещества,  содержащиеся в зрелой яйцеклетке и распределяемые по продуктам ее деления. Они, в зависимости от положения данной части  зародыша, определяют особенности обмена веществ и специфику синтезируемых активных субстанций цитоплазмы —  рибонуклеиновых кислот и ферментов. Эти субстанции могут в известных условиях передаваться   соседним   частям    зародыша.   В   тканевых   массах накапливаются и более простые продукты обмена, которые также ^0гут проникать и в другие части. Все такие вещества  способствуют возникновению различий в зависимости от положения данной части по отношению к внешней среде и ее  соотношений с другими частями. Это и является основой наступающей тканевой дифференцировки.

Этих факторов было бы достаточно, если бы был выработан совершенно точный механизм распределения активных веществ  цитоплазмы яйца и последовательности двигательных реакций клеток и частей зародыша. Это и осуществлено в общей форме  в развитии мозаичных яиц асцидий, кольчатых червей, моллюсков. Однако такая слишком жесткая система формообразования  не допускает регуляции при нарушении развития под влиянием измененных внешних или внутренних факторов. Она  недостаточно пластична и в эволюционных преобразованиях организма (которые всегда основываются на согласовании  изменений во внешних и внутренних факторах, т. е. на регуляции соотношений) заменилась другим типом развития.  Прогрессивным типом формообразования является не мозаичное, а регуляционное развитие. В этом случае  формообразовательные субстанции не теряют своего значения. Их распределение хотя и зависит в известной степени от  механизма клеточного деления и перемещения клеток, но регулируется: 1) существованием градиентов, т. е. количественных  различий в концентрации веществ на протяжении известной части; 2) выработкой пороговых уровней нормального  реагирования, наступающего только при достижении известного минимума концентрации формообразующих веществ; 3)  организацией формообразовательных систем, состоящих по меньшей мере из двух взаимодействующих частей, которые мы  условно обозначили как индуктор и реактор (отмечая при этом лишь более заметную активность первого компонента).  Нормальный ход формообразования предполагает прежде всего, что обе части взаимодействующей системы всегда находятся  на надлежащем месте, где они и вступают в контакт. Это достигается предшествующими формообразовательными движениями,  которые всегда детерминированы еще структурой самого яйца. Все формообразовательные системы исторически развивались,  т. е. получали свое детерминирующее значение, только на базе существовавших уже пространственных и временных  соотношений. Регуляционный тип развития — это всегда историческая надстройка над более жесткими формами  детерминированного развития. Установившиеся уже пространственные и временные соотношения между зачатками зародыша  получают вторично значение средств для точного урегулирования этих соотношений, а в связи с этим — времени и места  Дальнейших дифференцировок.

Контакт двух частей, разного происхождения обусловил возможность  передачи  формообразующих  веществ   (в  основном  от более дифференцированной части к еще не дифференцированной) . Существование градиента их концентрации дает  возможность установления качественных различий на основе количественных. Наличие пороговых уровней нормального  реагирования обеспечивает наступление полной реакции при соблюдении известного минимума условий. Вместе с тем  расширение области, занимаемой как индуцирующей частью, так и реагирующей, дает возможность нормального  формообразования и при некоторых смещениях. Совпадение времени достижения необходимой концентрации индуцирующих  веществ и готовности реагирующей ткани, т. е. ее компетенции, обеспечивая нормальное формообразование, оставляет  некоторую свободу для возможности регуляции при некоторых запозданиях. Вся система формообразования становится при  этом типе развития более точной, но более гибкой, допускающей нормальное развитие при некоторых уклонениях от нормы.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить