Ембріогенез

Розвиток зародка відбувається стадійно з поступовими якісними і кількісними змінами. Розрізняють наступні стадії: оплодотворе ні, дроблення і освіта бластулы, гаструляция і д ифференцировк а зародкових листків з утворенням зачатків тканин (р і с-т о гені з), органів (органогенез) і систем органів (і стемогене з) плода.

Запліднення

Запліднення (fertilisatio) — злиття чоловічої і жіночої статевих клітин, в результаті чого відновлюється диплоїд-ний набір хромосом, характерний для даного виду тварин, і виникає якісно нова клітина — зигота (запліднена яйцеклітина або одноклітинний зародок).

У зиготе маса ядра збільшується вдвічі, а об’єм цитоплазми практично залишається той же, особливо при заплідненні телоцитальных яйцеклітин. Запліднення передує про з е-сування— вилив сперми в статеві шляхи при внутрішньому заплідненні або в середовище, де знаходяться яйцеклітини, при зовнішньому заплідненні.

В процесі запліднення розрізняють три фази:

1) дистант-ве взаємодія і зближення гамет;

2) контактна взаємодія і активізація яйцеклітини;

3) входження сперматозоїда в яйце і подальше злиття — сингамия.

Перша фаза— дистантне взаємодія забезпечується сукупністю ряду неспецифічних факторів, що підвищують ймовірність зіткнення статевих клітин. Важливу роль в цьому відіграють хімічні речовини, що виробляються статевими клітинами, — гамоны: гиногамоны (1, II), що виробляються яйцеклітинами і андрогамоны (1, II), що продукуються сперміями. Гиногамоны 1 (низькомолекулярні речовини небілкової природи, що виділяються яйцеклітинами, активізують рух сперміїв. Гиногамоны II (фертилизины) — видоспецифические білки, що викликають склеювання сперміїв при їх реакції з комплементарним андрогамоном II, вбудованим в цитолему спермія.

Склеиваниеспермиев оберігає яйцеклітину від проникнення багатьох сперміїв.

Андрогамоны 1 — антагоністи гиногамонов 1 — речовини небілкової природи, пригнічують рухливість сперміїв.

Друга фаза— контактна взаємодія гамет і проникнення спермія в яйцеклітину — здійснюється з допомогою акросоми та її ферментів спермолизинов. Плазматичні мембрани в місці контакту статевих клітин зливаються і відбувається плазмогамия — об’єднання цитоплазм обох гамет.

У ссавців при заплідненні до яйцеклітини потрапляє лише один сперматозоїд. Таке явище називають моноспер-мією. У безхребетних тварин, риб, хвостатих амфібій, рептилій і птахів можлива полиспермия, коли в яйцеклітину проникає кілька сперматозоїдів, однак зливається з ядром яйцеклітини ядро тільки одного спермія. Запліднення сприяють тисячі інших приймаючих участь в заплідненні сперматозоїдів. Ферменти, що виділяються з акросом, — спермолизины (трипсин, гіалуронідаза), руйнують променистий вінець, розщеплюють глікозаміноглікани вторинної (блискучої) оболонки яйцеклітини. Отделяющиеся фолікулярні клітини склеюються в конгломерат, який слідом за яйцеклітиною переміщається по трубі завдяки мерехтінню війок епітеліальних клітин слизової оболонки.

Третя фаза.

В ооплазму проникає головка і проміжна частина хвостового відділу. Після входження сперматозоїда на периферії ооплазмы відбувається ущільнення її (кортикальна реакція) і утворюється оболонка запліднення (рис. 25).

Як показано на безхребетних, механізм кортикальної реакції включає: приплив іонів натрію через ділянку мембрани сперматозоїда, вбудований в поверхню яйцеклітини після завершення акросомальної реакції. У результаті негативний мембранний потенціал клітини стає слабоположительным. Приплив іонів натрію обумовлює вивільнення іонів кальцію з внутрішньоклітинних депо і збільшення його вмісту в цитоплазмі яйцеклітини. Слідом за цим починається экзоцитоз кортикальних гранул. Вивільнювані з них протеолітичні ферменти, що розривають зв’язки між блискучою оболонкою (або желточной оболонки у амфібій і птахів) і плазмолеммой яйцеклітини, а також між сперміями та прозорою оболонкою. Крім того, виділяється глікопротеїд, що зв’язує воду і привертає її в простір між плазмолеммой і блискучою оболонкою. Внаслідок цього формується перивителлиновое простір. Нарешті, виділяється фактор, що сприяє затвердінню прозорої оболонки і утворення з неї оболонки запліднення («membrana fertilisationis).

Кортикальна реакція — один з механізмів, що перешкоджає проникненню в яйцеклітину інших сперматозоїдів. Проникнення сперматозоїда через кілька хвилин значно посилює процеси внутрішньоклітинного обміну, що пов’язано з активізацією ферментативних систем яйцеклітини, зокрема окислювально-відновних, а пізніше — білкових синтезів.

Зигота.

Ооплазматическая сегрегація. Освіта чоловічого і жіночого пронуклеусов

Слідом за проникненням спермія в яйцеклітину і посиленням окисно-відновних реакцій починається інтенсивне переміщення складових частин цитоплазми (ооплазмы) з утворенням зон підвищеної концентрації желточных і пігментних гранул, органел, що носить назву про плазмат і-чеський сегрегації. Методом маркування встановлено, що в ході подальшого розвитку кожна ділянка заплідненої яйцеклітини дасть початок певній структурі зародка.

Такі ділянки називаються презумптивными (від лат. praesumptio — припущення, засноване на ймовірності).

Потрапила в яйцеклітину головка спермія повертається на 180°, ядро поступово набухає, округлюється, хроматин розпушується і воно перетворюється в чоловічий пронуклеус. Центриоли, внесені чоловічої статевої клітиною, стають при цьому центром руху всередині заплідненої яйцеклітини (зиготи).

Ядро жіночої статевої клітини, що має також гаплоїдний набір хромосом, набухає, перетворюється в жіночий пронуклеус. Пронуклеусы зближуються. При цьому в них відбувається репліка-ція ДНК. В кінці зближення відбувається спирализация хромосом, освіта метафазной пластинки з двох гаплоидных про-нуклеусів. Об’єднання двох пронуклеусов —синкарион (від грец. sin — зв’язок, karyon — ядро) — призводить до відновлення характерного для даної особини тварини або людини диплоїдного набору хромосом. Таким чином, зигота набуває гени, успадковані від обох батьків. У реалізації спадкової інформації, крім ядер, статевих клітин, важлива роль належить цитоплазмі клітини. Про це свідчать експерименти з пересадкою ядер соматичних клітин в яйцеклітину. При цьому стать організму, що розвивається, залежить від статевих хромосом. При злитті яйцеклітини зі сперматозоїдом, що несе хромосому X, утворюється жіноча особина, а при злитті зі сперматозоїдом, що мають хромосому Y, — чоловіча особина.

Дроблення

Дроблення (fissio) — послідовне мітотичний поділ зиготи на клітини (бластомеры) бс? подальшого росту їх до розмірів материнської.

Внаслідок фактичної відсутності інтерфази g[-періоду, під час якого відбувається ріст клітин, що утворилися в результаті поділу клітини набагато менше материнської, тому і величина зародка в цілому в цей період незалежно від складових його клітин не перевищує величину вихідної клітини — зиготи. Все це дозволило назвати описуваний процес дробленням, подрібненням, а клітини, які утворюються в результаті дроблення, — бластомерами (від грец. blastos — зародок, meros — частина).

На ранніх стадіях всі бластомеры зберігають здатність до розвитку при певних умовах в самостійний організм, або, як прийнято говорити, вони тотипотентны. Дроблення (зменшення розмірів бластомерів) продовжується до тих пір, поки не відновиться характерне для соматичних клітин даного виду тварини співвідношення ядра і цитоплазми. Після цього настає дерепрессия синтезу білка, і кожна дочірня клітина збільшується до розмірів материнської. Дроблення зародка відбувається неоднаково у різних хребетних, що визначається передусім кількістю і характером розподілу жовтка в яйцеклітині.

Існує певний строгий порядок появи борозен дроблення. Борозни і площини поперемінно проходять через анимальный і вегетативний полюса клітини (меридианное напрямок), поперечно (широтні) або паралельно поверхні (тангенціальні). Чим більше жовтка в яйцеклітині у різних видів тварин, тим менш повно і менш рівномірно відбувається дроблення (рис. 26).

Первинно олиголецитальные изолецитальные яйцеклітини дробляться повно і рівномірно. У мезолецитальных яйцеклітинах дроблення повне, але нерівномірне, так як у вегетативній частині, де зосереджений жовток, дроблення відбувається повільніше, ніж на анимальном полюсі, і неповно. В різко телолецитальных яйцеклітинах дроблення часткове — меробластическое. Наприклад, у птахів дробиться лише частина яйцеклітини у анимального полюса’. Для вдруге олиголецитальных, изолецитальных яйцеклітин плацентарних ссавців і людини характерно повне, або р про лобластическо е, асинхронне, нерівномірне дроблення. Дроблення відбувається під час руху зиготи по яйцепроводу, причому кількість бластомерів наростає в неправильному і притому у різних тварин неоднаковий порядку (2, 3, 5, 10, 13, 17 і т. д.). В результаті дроблення утворюється багатоклітинний зародок, спочатку у формі щільного скупчення клітин (мору ла), а потім у вигляді пухирця з невеликою порожниною—бластоциста (бластула) (див. рис. 26).

Дроблення зародків вимагає дотримання оптимальних умов середовища (хімічний склад, осмотичний тиск, температура, вміст кисню та ін) Зародки володіють високою чутливістю до хімічних, фізичних та інших ушкоджувальних чинників, які можуть привести до мутацій.

Бластула

(«blastula) має стінку — бластодерму і порожнина — бластоцель, заповнену рідиною — продуктом секреції бластомерів. У бластодермі розрізняють дах, утворилася за рахунок раздробившегося матеріалу анимального полюса, дно — з матеріалу вегетативного полюса і крайову зону, розташовану між ними.

При повному рівномірному дробленні (наприклад, у ланцетника) бластула має одношарову бластодерму, а бластоцель знаходиться в центрі. Така бластула називається целобластулой. В результаті повного нерівномірне дроблення (мінога, жаба) утворюється бластула з багатошарової бластодермой і ексцентрично розташованим бластоцелем — амфибластула. Дах такий бластулы, що складається з дрібних бластомерів, порівняно тонка,

‘Дроблення центролецитальных яйцеклітин (у безхребетних) меробластическое, поверхневе. Воно закінчується утворенням периблистум, тобто бластулой з бластомерами, розташованими по всій поверхні, оточуючими неподілений жовток.

а дно, утворене великими перевантаженими жовтком бласто-заходами, масивне.

Дискобластула плазунів і птахів являє собою зародковий диск, розпластаний на жовтку. Зародковий диск, утворений бластомерами, відповідає даху і крайовій зоні целобластулы, жовток — дну бластулы, а вузька щілина між ними — бластоцелю.

У ссавців в результаті повного і асинхронного дроблення утворюється зародковий пухирець, званий бластоцис-тій (від грец. blastos — зародок, kystis — міхур). В ньому розрізняють стінку — трофобласт (від грец. trophe — їжа) і невелике скупчення бластомерів у вигляді вузлика на внутрішній поверхні тро-фобласта — эмбриобласт. На цій стадії розвитку зародок ссавців відповідає стадії бластулы інших тварин, але не гомологічний їй, так як стінка бластоцисти у побудові тіла зародка участі не приймає.

Гаструляция.

Утворення осьових зачатків органів

Гаструляция (від лат. gasier — шлунок) — складний процес хімічних і морфогенетичних змін, що супроводжується розмноженням, зростанням, спрямованих на переміщенням і диференціації-цировкой k.ictok. в результаті чого утворюються зародку диє листки: зовнішній (эктодерма), середній (мезодерма) і внутрішній (энтодерма) –джерела зачатків тканин і органів.

На початку гаструляції утворюються зовнішній і внутрішній зародкові листки (рання гаструляция), а потім (пізня гаструляция) хордомезодермальный зачаток. Зародкові листки розташовуються пошарово: зовні — эктодерма, зсередини — энтодерма, між ними — хорда і мезодерма. В ході ембріогенезу, починаючи з цієї стадії, крім розмноження і росту клітин, поступово відбуваються їх переміщення і д і ф-ференцировк а, що представляють різні сторони єдиного, поступального процесу, в результаті якого формується організм. На стадіях бластулы і ранньої гаструлы можна маркувати клітини і простежити їхній наступний розвиток.

Способи гаструляції.

Гаструляция вчиняється 4 основними способами: шляхом імміграції, інвагінації, епі-болии і деламинаци в. В результаті утворюється гаструла (див. рис. 26). При імміграції частина бластомерів стінки бластулы переміщається всередину зародка, утворюючи внутрішній шар—энтодерму. Інвагінація, або впячивание (in— в, лат. vagina— піхва), наприклад, у ланцетника, полягає в тому, що частина стінки (дно) вдавлюється всередину бластулы. Эпиболия— обростання (від грец. epibole — накладання, накидання) швидко діляться клітинами однієї ділянки стінки бластулы інших ділянок, де темп дроблення замед-

льон, наприклад у амфібії. Це відбувається в тих випадках, коли бластомеры вегетативної області перевантажені жовтком, повільно діляться і не можуть инвагинироваться. При деламинаци і, або розщепленні (від лат. de—відділення, lamina—пластинка), наприклад у птахів, бластомеры стінки бластулы (зародкового щитка) діляться тангенціально, що призводить до утворення двох шарів клітин — первинної ектодерми — зовнішнього і первинної энтодермы — внутрішнього. У хребетних є комбінація двох або трьох з вказаних шляхів, але з переважанням якогось одного.

У гаструле ланцетника можна виділити первинний зовнішній зародковий листок (эктодерма), який утворився з даху бластулы. Він включає в себе закладки ектодерми і нервової пластинки; первинний внутрішній зародковий листок (энтодерма), що утворився з дна бластулы і включає в себе закладки энтодермы, мезодерми і хорди; щілиноподібний бластоцель і нову порожнину — гастроцель, що відкривається в зовнішнє середовище первинним ротом, або бластопором (від грец. blastos — зародок, poros — отвір). Первинний рот обмежений 4 губами: дорсальній, відповідної спинному боці зародка, вентральній, або черевний, і лежачими між ними бічними губами. До складу губи бластопора входить клітинний матеріал крайової зони бластулы. Далі зародок росте в довжину, причому губи бластопора постійно зближуються.

Гаструляция у птахів з меробластическим типом дроблення і дискоидальной бластулой включає два основних механізми — деламинацию і імміграцію. У першій стадії гаструляції в результаті деламінаціі утворюються первинний зовнішній листок (эпибласт) і первинний внутрішній листок (гіпо-бшст) (рис. 27, 1, II). Эпибласт включає в себе зачатки нервової пластинки, мезодерми, і хорди.

Клітини гипобласта центральній частині диска дрібні, містять мало желточных включень. У майбутньому з них утворюється зародкова энтодерма (кишкова). Периферична зона гипобласта представлена великими перевантаженими жовтком клітинами, які формують внезародышевую энтодерму (желточную). Центральна частина диска (просвітчаста область) виглядає прозорою: тут виділяється ще овальне поле, займає її центральну частину. Це зародковий щиток, з якого виникає тіло зародка.

У другій стадії гаструляції (імміграція) матеріал з первинного зовнішнього листка по краях зародкового диска переміщується у напрямку до заднього кінця зародка (див. рис. 27, //). У місці зустрічі двох клітинних потоків виникає витягнуте скупчення клітин — первинна смужка, яка на передньому кінці закінчується щільним первинним (головним) вузликом. Кпереди від первинного вузлика, розташовуючись між внутрішнім і зовнішнім зародковими листками, вростає клітинний тяж — хорда, а з області первинної смужки по боках її два мо-

зодермальных пласта. Таким чином, первинний вузлик відповідає дорсальній губі, а первинна смужка — бічним губи бластопора. Утворення нервової трубки і диференціювання мезодерми здійснюються так же, як і в інших хребетних. Таким чином, у птахів хордомезодермальный зародок розвивається поза зв’язку з энтодермой (див. рис. 27, II; рис. 28). Подібні процеси мають місце у риб і рептилій.

Описані особливості гаструляції зберігаються і у ссавців. У бластоцисте, стінка якої утворена трофоблас-те, прилегла до нього зсередини група клітин — эмбриобласт — сплющується і відповідає зародышевому щитка описаних тварин. Шляхом деламінаціі з эмбриобласта утворюються два листки — зовнішній (эпабласт), звернений до трофобласту, і внутрішній (гипобласт), під яким знаходиться рідина порожнини бластоцисти. У зовнішньому листку зародкового щитка, як і у птахів, що відбуваються переміщення матеріалу, що призводять до утворення первинної смужки і первинного вузлика, з яких надалі формуються відповідно мезодерма і хорда.

Фактори, що викликають гаструляцию. Способи гаструляції залежать від попередніх стадій розвитку і в кінцевому рахунку від ступеня накопичення жовтка в яйцеклітині. На прикладі тварин з помірно телолецитальными яйцеклітинами видно, що т е м п и поділу клітин (бластомерів) неоднакові: ані-мальном полюсі вони вище, ніж на вегетативному. На стадії бластулы крайова зона виявляється областю найбільш швидко розмножуються клітин, що призводить до створення певного

підвищеного тиску, а потім до наползанию клітин в області крайової зарубки на матеріал дна бластулы. При цьому клітини даху і крайових зон бластулы відрізняються приблизно в 4 рази більш високим рівнем метаболізму у порівнянні з клітинами дна. Цей дорсовентральный метаболічний градієнт визначає в подальшому дорсовентральный і краниокаудальный градієнти диференціювання. Прискорене розмноження клітин бічних губи бластопора сприяє утворенню мезодерми і проростання її в щілину між екто – і энтодермой амфібій. Певну роль в процесі гаструляції грає різниця поверхневого натягу клітин, при якій зсув одних клітин захоплює за собою інші. Стан неоднакового поверхневого натягу може підтримуватися а до-тивн и мі амебоидн и мі рухами клітин.

Безсумнівним є також індуктивний фактор. Так, якщо, маркировав-яким барвником клітини зародкових листків, дисоціювати зародок, а потім перенести у вихідні умови, то клітини ектодерми шикуються в один шар, а клітини энтодермы — в іншій; між ними залягають клітини мезодерми. Згідно теорії організаційних центрів, запропонованої Р. Шпеманом, у визначених пунктах зародка виникають організуючі фактори (індуктори), які надають індукуючу вплив на інші ділянки зародка, обумовлюючи їх розвиток у певному напрямку. Так, організатор, що знаходиться в дорсальній губи бластопора, індукує ділянку ектодерми, обумовлюючи його диференціювання в нервову пластинку; це організатор 1-го порядку. У свою чергу в нервовій платівці виникає організатор 2-го порядку, який викликає перетворення ділянки самої нервової пластинки очної келих і т. д. Досліди Р. Шпемана і X. Мангольд з пересадкою матеріалу дорсальній губи від одного зародка іншому на вентральній бік тіла призвели до появи тварини, у якого були дві закладки хордомезодермы і дві закладки нервової системи. В даний час з’ясована хімічна природа багатьох індукують факторів (білки, нуклеопротеиды, стероїди та ін). Встановлена роль міжклітинних взаємодій, здійснюваних з допомогою щілинних контактів.