Взаимное влияние частей развивающегося зародыша
Каким образом из единственной клетки возникает сложный организм с разнообразными органами и тканями, клетки которых специализированы на выполнении разных функций, т. е. являются дифференцированными? На этот и другие вопросы ищет ответы эмбриология - наука о развитии организмов. Ученые установили, что первые этапы дифференцировки определяются цитоплазмой зиготы. Дело в том, что вещества, накопленные при образовании яйцеклетки, располагаются в ее цитоплазме неравномерно. При дроблении дочерние клетки получают более или менее различные участки цитоплазмы материнской клетки. Таким образом, бластомеры , имея одинаковые наборы хромосом, оказываются неравноценными по составу цитоплазмы. Эти первичные различия в составе цитоплазмы определяют начальные этапы клеточной дифференцировки. Если пометить различные участки бластулы с помощью красителей, а затем проследить судьбу меченых клеток, то можно узнать, из каких частей разовьется эпидермис кожи, а из каких - нервная система, хорда и т. д. Иногда удается определить, какие именно клеточные структуры ответственны за возникновение зачатков тех или иных органов. Например, у мух в определенной области яйцеклетки накапливаются гранулы, содержащие специфическую РНК. Эти гранулы определяют развитие половой системы. Если до начала дробления разрушить гранулы ультрафиолетовым облучением, то зародыш со временем разовьется во взрослое насекомое, лишенное половых клеток. Однако еще в большей степени развитие зародыша определяется взаимным влиянием составляющих его клеток. Уже при возникновении двух первых бластомеров каждый из них становится неразрывной частью новой биологической системы и его поведение определяется этой системой. У лягушки, например, бластомеры после первого деления дробления равноценны друг другу, и если их разделить, то из каждого бластомера разовьется нормальный головастик, который затем превратится в лягушку. Но если один из первых двух бластомеров убить, но не изолировать от другого, то из оставшегося живым бластомера начнет развиваться только половина тела зародыша. Убедительные факты о взаимовлиянии частей зародыша получены при всевозможных пересадках клеток развивающихся эмбрионов. Так, пересадка нескольких бластомеров на стадии бластулы из области будущей эктодермы в различные места зародыша приводит к тому, что из пересаженного материала развиваются любые структуры: почечные канальцы, стенка кишечника и т. п., в зависимости от места пересадки. Таким же образом ведут себя клетки будущих энтодермы и мезодермы. По мере развития организма усиливаются связи между клетками, возрастает их влияние друг на друга. Без взаимного влияния разных частей нормального развития зародыша не происходит. Так, если из бластулы выделить будущие энтодермальные и будущие эктодермальные клетки и культивировать их отдельно в искусственной среде, то и в том и в другом случае возникнут лишь отдаленно похожие на эпителий пласты клеток. Если же клетки будущей эктодермы и будущей энтодермы смешать и культивировать совместно, то благодаря взаимному влиянию групп клеток будут формироваться структуры, похожие на нервную трубку, хорду, мышцы и т. д. На стадии поздней гаструлы и нейрулы отдельные участки зародыша представляют собой сложные комплексы клеток со сложившимися взаимоотношениями. Взаимовлияние клеток настолько велико, что пересадка участка, состоящего из большого количества клеток, в любое другое место не изменит направления его развития: из кожной эктодермы разовьются производные эктодермы, из зачатка нервной трубки - нервная система и т. п. История эмбриологии сохранила сведения о многочисленных экспериментах по пересадке частей развивающихся зародышей. Среди них работы немецкого ученого Г. Шпемана и его последователей, которые установили, что если у зародыша на стадии гаструлы взять участок эктодермы, который должен развиться в нервную трубку, и пересадить его в зародыш на той же примерно стадии развития в эктодерму брюшной стороны другого зародыша, находящегося примерно на той же стадии развития, то в месте трансплантации начинает развиваться сначала нервная трубка, затем другие компоненты осевых органов. В результате в зародыше-хозяине возникает вторичный зародыш, который от первичного лишь незначительно отличается величиной. Г. Шпеман назвал это явление эмбриональной индукцией , во время которой трансплантат выступает в роли организатора, направляющего развитие окружающих клеток. В дальнейшем было обнаружено, что роль организатора могут играть не только определенные участки развивающихся зародышей, но и вещества самого различного происхождения. Ученые пришли к выводу, что эффект индукции на ранних этапах развития зародыша заключается в том, что клетки в месте трансплантации, поврежденные операции, выходят из-под контроля сложившихся клеточных взаимоотношений и начинают развиваться в направлении целого организма.
