Различные способы образования мезодермы У низших стрекающих кишечнополостных - простых гидроидных полипов и медуз - эктодерма и энтодерма являются единственными слоями организма. Они расположены либо прямо друг на друге, разделенные лишь базальной пластинкой, либо первичный бластоцель заполнен студенистой массой (мезоглеей). У большинства животных между эктодермой и энтодермой находится мезодерма. Она может быть представлена эпителиальной выстилкой, или мезенхимой, состоящей из свободно распределенных клеток, которые в определенных случаях дает энтодерма. Из мезенхимы могут вторично возникать эпителиальные ткани, например эндотелий кровеносных сосудов у позвоночных. У губок, коралловых полипов и плоских червей мезенхима заполняет про-странство между эктодермой и энтодермой. Она образуется путем миграции не связанных между собой клеток на стадии бластулы (например, первичная мезенхима иглокожих) или лишь после гаструляции из одного из зародышевых листков, преимущественно из энтодермы (например, вторичная мезенхима иглокожих). У позвоночных скелетогенную мезенхиму дают как мезодерма, так и эктодерма (нервный гребень). Уже говорилось, что у позвоночных целостные группы клеток мезодермы образуются из малодифференцированной первичной закладки независимо от энтодермы. В противоположность этому у иглокожих и ланцетника мезодерма возникает вторично в форме складчатых выпячиваний энтодермы . Совершенно иначе закладывается мезодерма у спирально дробящихся животных (кольчатых червей и моллюсков). В этом случае на ранних стадиях развития выделяются два бластомера клетки первичной мезодермы, которые затем дают начало детерминированным клеточным популяциям (клонам) (cell- heredity). В результате продолжающихся делений из первичных клеток мезодермы возникают две парные первоначально сплошные мезодермальные полоски. Именно они (например, у кольчатых червей) впоследствии преобразуются в целомические мешки отдельных сегментов тела. Процесс образования мезодермы (своего рода почкование) идет полным ходом на стадии тро-хофорной личинки (рис. 68). Органогенез Формирование и расчленение недифференцированных закладок В этом разделе рассматривается ранний органогенез, т.е. период, следующий за гаструляцией, когда обосабливаются, формируются и подготавливаются к последующему гистогенезу отдельные системы органов. При этом мы ограничимся данными по позвоночным, преимущественно амфибиям. В исходно однородной эктодерме ранней гаструлы под индуцирую¬щим влиянием крыши первичной кишки от покровной эктодермы обособляется нервная пластинка. В ходе нейруляции она прогибается, образуя нервную трубку, которая отделяется от покровной эктодермы (эпидермиса). Покровная эктодерма смыкается над погружающейся нервной трубкой. Расширенный конец нервной трубки, расположенный в области головного отдела тела, подразделяется на пять первичных мозговых пузырей. От пузыря, соответствующего промежуточному мозгу, в обе стороны выпячиваются глазные пузыри, а в средней его части закладывается задняя доля гипофиза. Продолговатый мозг переходит в спинной. Полости желудочков головного мозга и канал спинного мозга являются остатком просвета эмбриональной нервной трубки. Мезодерма после гаструляции еще представлена целостной закладкой. Ее расчленение начинается с отделения зачатка хорды от расположенного по бокам от него материала сомитов. Закладка хорды претерпевает значительные формообразовательные изменения. Из занимающей большую площадь на поверхности бластулы серповидной презумптивной области хорды сходящийся поток клеток устремляется в сторону бластопора, откуда они в виде плотного жгута распространяются вдоль средней линии крыши первичной кишки. Объемистые дорсальные мезодермальные тяжи, расположенные по обеим сторонам хорды, последовательно подразделяются в краниокаудальном направлении на первичные сегменты (сомиты), одновременно отделяя плоские, распространяющиеся в вентральном направлении боковые пластинки. Внутрь от себя сомиты отделяют склеротомы, которые, являясь скелетогенной мезенхимой, окружают хорду. Из них впоследствии образуется позвоночный столб. Основная масса сомитов идет на формирование миотомов, которые дифференцируются в дорсальную опорную мускулатуру. Отдельные клетки будущей мышечной ткани (миобласты) сливаются на ранней стадии гистогенеза в многоядерные синцитии, которые в качестве мышечных волокон с их миофибриллами осуществляют на более поздних этапах развития сократительные функции. На периферии в сторону эпидермиса сомиты отделяют дерматом, служащий источником соединительнотканной части кожи (дермы). Вначале сомиты еще связаны «стебельками» с несегментированными боковыми пластинками. Здесь возникают посегментно расположенные структурные единицы (нефроны) пронефроса и мезонефроса причем в мезонефросе количество нефронов вторично увеличивается. Дорсально на уровне мезонефроса спланхнический (висцеральный) листок боковых пластинок образует выпирающие в целом парные половые складки, являющиеся зачатками гонад. Дорсальный мезентерий (брыжейка), на котором закреплена кишечная трубка, также развивается из спланхноплевры. В наружном соматическом листке боковых пластинок клетки концентриру-ются в мезодерму почек конечностей. У амниот между ними сохраняется область нефрогенной мезенхимы метанефроса, реагирующей на индуцирующее влияние выроста вольфова канала. В вентральной области слияния краев боковых пластинок образуется закладка сердца. Энтодерма развивается в пищеварительный тракт. Выросты переднего участка кишки дифференцируются в щитовидную железу и легочный эпителий, а ее среднего участка - в печень и поджелудочную железу. Первоначальные связи последних с кишечником сохраняются в виде желчного протока и протока поджелудочной железы. Продвигающаяся энтодерма головной кишки в ротовой области вступает в прямой контакт с эктодермой ротового впячивания, вырост которого - карман Ратке - дает переднюю долю гипофиза. Сталкивающиеся энтодерма и эктодерма образуют глоточную мембрану, которая затем распадается (запрограммированная клеточная гибель), благодаря чему в области глотки открывается проход между ротовой полостью и пищеводом. Таким же способом прорываются жаберные щели: от энтодермы передней кишки сегментарно и последовательно вырастают жаберные карманы, которые вытягиваются под влиянием мезодермы в направлении эктодермы. Экто-дерма в свою очередь образует углубления, направленные навстречу энто-дерме. У рыб и амфибий перегородка между этими впячиваниями и жабер-ными карманами исчезает, тогда как у амниот такое явление встречается в исключительных случаях как уродство. В преобразовании бластопора в клоаку или анальное отверстие принимает участие и покровная эктодерма. Динамика клеточных контактов в морфогенезе Расчленение малодифференцированных эмбриональных комплексов, например отделение закладки хорды от окружающей ее мезодермы крыши первичной кишки, требует изменения контактного поведения клеток. Экспериментально можно показать, что изначально положительный аффинитет (сродство), обеспечивающий тесную связь клеток в ходе гаструляции, при этом резко меняется, переходя в отрицательный, т.е. ведущий к разобщению клеточных комплексов. В результате процесса эмбриональной дифференцировки меняются поверхностные свойства клеток. По-видимому, это связано с изменениями специфических веществ, входящих в состав клеточной мембраны или тонкой пленкой покрывающих ее поверхность. С их помощью клетки отличают себе подобные (изотипичные) от иначе детерминированных (гетеротипичных). Из нейрулы амфибий изолируют кусочек эктодермы, разделяют его в щелочном растворе (или с помощью трипсина) на отдельные клетки (уже различно детерминированные к этому моменту), а их перемешивают. В нормальной культуральной среде случайно распределенные клетки смыкаются в шаровидный комок, который можно выращивать как эксплантат. Однако эта хаотическая масса не остается стабильной. Клетки эпидермиса перемещаются на периферию, где останавливаются, только вступив в контакт с детерминированными таким же образом клетками поверхностного слоя. Презумптивные нервные клетки перемещаются до тех пор, пока не объединяются в центрально-расположенное скопление, дифференцирующееся в участок спинного мозга. При этом нейробласты избегают контакта с клетками эпидермиса. Третий тип клеток, включающий и клетки нервного гребня, размещается подобно мезенхиме между эпидермисом и нервной трубкой. Тем самым устанавливается порядок, соответствующий органотипической топографии личинки. В принципе таких же результатов достигают при перемешивании клеток покровной эктодермы, мезодермы и энтодермы ранней гаструлы. Клетки эктодермы движутся наружу, где образуют эпидермис; клетки мезодермы перемещаются в средний слой подобно закладке сомитов или хорды; клетки энтодермы объединяются внутри зародыша, образуя закладку кишки. Реакции клеточного аффинитета приводят к тому, что губка, пропущенная через мелкое сито, может вновь восстановить свою нормальную организацию из хаотически смешанных отдельных клеток. Это наблюдается и в случае гаструлы морского ежа. Механизмы, лежащие в основе морфогенетических движений клеток, еще недостаточно известны. Тем не менее установлено, что изолированные или культивируемые вместе с определенными гетеротипичными «соседями» эмбриональные клетки начинают двигаться. Если при этом случайно они соприкасаются с другими клетками, то в зависимости от специфики партнера движение усиливается, ослабляется или совсем прекращается. Встреча с изотипичными клетками ведет, как правило, к остановке. Такое контактное торможение регулирует волнообразное движение клеточной мембраны. Соединение клеток приводит к образованию их прочного комплекса. У раковых клеток контактное торможение, вероятно, отсутствует, что может привести к их инфильтрирующему росту и метастазам. Клеточный аффинитет невидоспецифичен, что доказывается опытами по смешиванию эмбрионадьных клеток мыши и курицы. Партнеры, относящиеся к разным классам, совместно формируют, например, химерные почечные канальцы и хрящевые образования. (Химерами называются особи с тканями или органами другого вида. Они возникают чаще всего в результате экспериментальной трансплантации на ранних эмбриональных стадиях. В греческой мифологии «химерой» называли существо с головой льва, туловищем козы и хвостом змеи.) Наряду с контактными взаимодействиями в особых редких случаях к упорядоченному распределению клеток могут приводить и хемотаксические влияния на расстоянии. Это доказано для презумптивных пигментных клеток. Меланобласты воспринимают таким способом изотипичного соседа, который, вероятно, выделяет определенные вещества. Отрицательный хемотаксис препятствует клеточным контактам и приводит к образованию рассеянного рисунка, что типично для меланофоров рыб и амфибий. На положительном клеточном аффинитете основаны не только однородные клеточные комплексы (например, эпидермис). Часто он действует и между гетеротипичными клетками. Так, энтодерма и мезодерма объединяются для построения печени. Даже эктодерма может положительно реагировать на энтодерму, что, в частности, обеспечивает контакт между ротовым впячиванием и головной кишкой в онтогенезе позвоночных. Миграции клеток в раннем онтогенезе В ходе гаструляции смещаются крупные сплошные пласты клеток. Нейруляция приводит к полному преобразованию и перемещению закладок. Непосредственно после вычленения мезодермы в зародыше позвоночных начинаются миграции отдельных клеток или слабо связанных внутри себя клеточных групп. Так, первичные половые клетки движутся из мест их изначальной не связанной с гонадами локализации в соматические ткани гонад. Большие расстояния преодолевают и клетки эктодермального нервного гребня. Его исходный материал расположен на внутренней стороне нервных валиков нейрулы между нейральной и покровной эктодермой. После замыкания нервной трубки клетки нервного гребня находятся в дорсальной области вдоль линии смыкания ее краев. Отсюда они мигрируют в различные участки зародыша - частично под эпидермис, частично в область между нервной трубкой и миотомами. Благодаря особому клеточному аффинитету эти клетки задерживаются в определенных участках, где и дифференцируются в разнообразные закладки. Особенно впечатляет их участие в образовании скелета, который в остальных случаях имеет мезодермальное происхождение. Они дают зачатки хрящей и костей висцеральных дуг, определенные элементы основания черепа и закладки дентина зубов. Представление о производных нервного гребня было получено в результате экспериментов по удалению и гетеротрансплантации его материала. Если произвести двустороннее удаление нервных валиков с нервным гребнем на стадии нейрулы у амфибий, то разовьется личинка, у которой будут отсутствовать пигментированные участки тела, край плавника (это связано с нехваткой клеток мезенхимы) и реакция на локальные раздражения. Эта невосприимчивость к раздражителям связана с отсутствием спинальных ганглиев и сенсорных нейронов. Если зародышу кур белой породы имплантировать небольшой участок нервного гребня темно-коричневого дрозда, то меланобласты последнего мигрируют к основаниям зачаточных перьев эмбриона-хозяина. Эти меланобласты снабжают развивающиеся перья курицы пигментом. В результате среди белого оперения птицы возникнет окрашенный пучок. Кожный пигмент млекопитающих также возникает из мигрирующих клеток нервного гребня. Запрограммированная клеточная гибель Определенные морфогенетические провесы обеспечиваются гибелью ло-кальных групп клеток или крупных закладок. Такие центры клеточной гибели приводят к образованию пальцев на малодифференцированных лопатовидных зачатках конечностей позвоночных. У куриного эмбриона презумптивная область клеточной гибели (некроза) располагается у основания почки конечности. Если на ранней стадии развития изъять недифференцированные клетки из зоны их будущего отмирания и пересадить туда, где при нормальном развитии его не происходит, то еще недетерминированный жестко в сторону гибели эксплантат, объединившись с окружающими клетками, будет нормально развиваться в зависимости от места своей новой локализации. Если произвести такую трансплантацию на более поздней стадии, он погибнет. Такая гибель произойдет автономно, в заранее запрограммированное время на любом участке тела, хотя клетки имплантата и будут казаться вполне нор-мальными. Клеточная гибель предопределена генетически. Об этом говорят мутации у птиц и млекопитающих. Менделирующие факторы могут блокировать ведущие к смерти клеток процессы дифференцировки. В результате развиваются конечности со сросшимися пальцами или с перепонками между ними. Нормальный наследственный признак гусей проявляется у кур в виде уродства. Гибель клеток часто происходит там, где в сплошных закладках вторично возникает полость, а также когда стенки, разделяющие группы малодифференцированных эмбриональных клеток, разрушаются с образованием отверстия. Какие регионарные факторы во всех этих случаях определяют клеточную гибель, неизвестно. Однако установлено, что исчезновение обширных клеточных областей после периода органогенеза, например при развитии половой системы или в ходе метаморфоза, вызывается гормонами, которые активируют соответствующие гены. Мужские половые гормоны отвечают за рассасывание мюллеровых каналов, а клетки хвоста головастика запрограммированы таким образом, что к их отмиранию приводит тироксин. В то же время закладки задних конечностей личинок бесхвостых амфибий реагируют на этот гормон усиленным делением. Мутациями может вызываться не только отсутствие такой физиологичной клеточной гибели. Очень часто генетические изменения приводят к гибели определенных клеток в нормально детерминированных закладках. Уже за ложившиеся рецепторы глаза и уха грызунов отмирают у некоторых мутантов, что приводит к слепоте, глухоте или нарушениям координации движений. Если патологическая гибель клеток затронет жизненно важную закладку, мутация окажется летальной. Эмбриональные оболочки У животных различных типов в период эмбрионального развития возникают провизорные эмбриональные органы, обеспечивающие питание, газообмен, выделение и защиту зародыша. При переходе к свободной жизни они исчезают. У всех групп позвоночных, развивающихся из богатых желтком яиц путем дискоидального дробления, образуется желточный мешок. Этого внезародышевого органа нет лишь у амфибий, так как их яйцеклетки дробятся полностью и весь запас желтка в клетках эмбриона потребляется благодаря литической активности внутриклеточных ферментов. У рыб, пресмыкающихся и птиц над неразделенной массой желтка первоначально закладывается только дорсальная область эмбриона с осевыми органами (нервная трубка, хорда, первичные сегменты), а вентральные участки уплощенных зародышевых листков охватывают желток. Постепенно они обрастают его, образуя замкнутый мешок, состоящий из нескольких слоев (эктодермы, соматического листка мезодермы, целома, висцерального листка мезодермы, энтодермы). Тело эмбриона приподнимается над этим желточным мешком путем образования складок (головной, боковой, хвостовой). В результате этого процесса уплощенные зародышевые листки, составляющие тело эмбриона, сворачиваются в трубки (стенки туловища, эмбрионального целома, кишечника). Внезародышевая область зародышевых листков у рыб дает только желточный мешок, а у амниот (зауропсид и млекопитающих), кроме того, амнион, серозную оболочку (серозу), хорион и аллантоис (эмбриональный мочевой пузырь). Вокруг эмбриона поднимается складка, включающая эктодерму и соматический листок мезодермы, - амниотическая складка. Ее края куполообразно смыкаются над эмбрионом и срастаются таким образом, что он оказывается окружен двумя оболочками (каждая состоит из эктодермы и мезодермы), отделенными друг от друга экзоцеломом. Внешняя оболочка называется серозой, внутренняя - амнионом. Аллантоис возникает как пузыревидный вырост задней кишки, выпирающей в экзоцелом. У живородящих млекопитающих сероза становится органом, обеспечивающим эмбрион питательными веществами. У сумчатых это происходит исключительно (или преимущественно) за счет питательной жидкости, выделяемой стенкой матки,- эмбриотрофа, или маточного молока (смесь секрета маточных желез, распавшихся в полости матки лейкоцитов, капель жира). Маточное молоко всасывается эмбрионом с помощью серозы. У плацентарных сероза дифференцируется в ворсинчатый хорион. Аллантоис прилегает к хориону своей внешней стенкой, а сосуды, сопровождающие его стебелек, распространяются в хорион и проникают в его ворсинки. Хорион, развившийся из трофобласта бластоциста, вступает в тесную связь со стенкой матки, и его ворсинки внедряются в соответствующие ее углубления. В этом месте материнский организм и соответствующий участок эмбриона образуют плаценту. Различают четыре типа плацент: 1) с ворсинками, распределенными по поверхности всего хориона (диффузная, например, у свиньи, лошади, верблюда); 2) с ворсинками, расположенными отдельными группами - «котиледонами» (дольчатая, или множественная, у жвачных); 3) с ворсинками, опоясывающими среднюю часть продолговатого хориона (зональная, у хищных); 4) с ворсинками, сосредоточенными в пределах дисковидной области (дискоидальная, у насекомоядных, летучих мышей, полуобезьян, обезьян, человека). Связь между материнским организмом и эмбрионом в разных группах различна. Она может быть такой слабой, что при рождении материнский организм и эмбрион разделяются без повреждений (плаценты 1-го и 2-го типов). В других случаях срастание настолько прочно (типы 3 и 4), что при родах участвовавшие в образовании плаценты области стенки матки (децидуальная оболочка) отторгаются вместе с последом и образуется обширная раневая поверхность. У плацентарных образовать плаценту со стенкой матки может наряду с хорионом и желточный мешок (грызуны, насекомоядные). Желточная плацента развивается не только у млекопитающих, но и у живородящих анамний, лишенных хориона. При этом у отдельных групп хрящевых рыб контакт с маткой достигает степени дифференцировки, вполне соответствующей плаценте млекопитающих. Плацента выполняет разнообразные функции. Она обеспечивает эмбрион и плод кислородом и забирает образовавшуюся в результате его дыхания углекислоту. Газообмен обеспечивается тем, что фетальный гемоглобин отличается от гемоглобина матери, который имеет более низкое сродство к кислороду и поэтому легче его отдает. От материнского организма к плаценте передаются питательные вещества (аминокислоты, глюкоза, жирные кислоты). Одновременно в обратном направлении поступают продукты распада, возникающие в ходе азотистого обмена веществ плода (например, мочевина). Плацента, сама являясь органом внутренней секреции, не пропускает материнские половые гормоны, в результате чего половая система плода мужского пола развивается, как правило, нормально. Однако плацента не служит барьером для вирусов, поэтому при заболевании матери краснухой органогенез плода оказывается под угрозой. У человека к концу беременности эритроциты плода обычно проникают в материнскую кровь. Если ребенок резус-положителен (Rh + ), его антигены вызывают у матери с отрицательным Rh - образование антител, которые в свою очередь переходят в кровеносное русло плода, приводя к опасной для него резус-конфликтной ситуации (эритробластозу плода). Однако это осложнение бывает не более чем у 5% детей Rh+ , рожденных от матерей Rh-.
Форум
