Развитие признака как детали многоклеточного организ­ма

 

определяется всей системой генотипа в процессе многоступен­чатых и взаимосвязанных актов». «Гены отнюдь не являются за­чатками признаков, которые растут и распределяются при разви­тии особи ... Признаки организмов не передаются через мате­риальную наследственную систему в готовом виде. Они в каждом новом поколении развиваются заново. По наследству передаются только клеточные структуры, которые представляют собой мор-фофизиологическую систему наследственных элементов».

Было бы проще для эмбриолога и генетика думать, что все признаки взрослого организма имеют непосредственное матери­альное представительство в ядре исходной оплодотворенной яй­цевой клетки, что является абсурдом с химической и физической точек зрения. Наследственность, выраженная в «проморфологии» яиц (см. гл. IV и XI), обусловливает совершенно специфический для данного вида организма путь развития, и нет оснований про­ецировать со взрослого состояния организма все его признаки на зиготу, отыскивая соответствующие атомы, молекулы или участ­ки нуклеиновых кислот и белков, «ответственные» за каждый признак, так же как не требуется эволюционисту пытаться нахо­дить «материальных представителей» всех признаков человека в «первобытной амебе» — родоначальнице животного мира.

Исключительную роль в развитии генетики сыграл прогресс биохимии, ее раздела, именуемого молекулярной биологией, от­крытие роли нуклеиновых кислот в синтезе белков и в явлениях наследственности. Эти открытия переводят генетику все более на рельсы эмбриологии, физиологии и биохимии. Наследственность все более вырисовывается как «процессы воспроизведения опре­деленных форм обмена веществ между ядром и цитоплазмой клет­ки и внешней средой в ряде поколений».

Генетику сблизил с эмбриологией также отказ от первоначаль­ных вейсманистского характера иллюзорных представлений, буд­то исходные эмбриональные клетки являются недифференцирован­ными, тотипотентными, а в ходе развития происходит потеря тех или иных первоначальных свойств. В гл. II и XI мы убедились в ошибочности этих взглядов.

Развитие любого организма — это не авторепродукция моле­кул, клеток, тканей, а непрерывные закономерные изменения, воз­никновение нового и нового в химическом, физическом, структур­ном и физиологическом отношениях. В ходе развития организма меняются белковые субстанции, реактивность протоплазмы, уро­вень и характер интеграции зародыша, антигенная характеристи­ка новых поколений клеток и другие свойства организма. Так, представления о том, что свойства миллионов разным образом дифференцированных клеток взрослого организма непосредствен­но представлены в исходных в развитии организмов половых или соматических клетках — эти представления, сыгравшие прогрес­сивную роль в генетике начала нашего века, являются теперь слишком упрощенными и не соответствуют данным эмбриологии.

Наконец, важнейшее значение для развития генетики и эмбри­ологии имел отказ от вейсманистского противопоставления сома­тических и половых клеток.  Оказалось, что в резуль­тате митоза из одной клетки возникают две, ядра которых идеаль­но воспроизводят свойства ядра исходной клетки. Имеет место авторепродукция, обусловленная спецификой ДНК в хромосомах. Каждая из сестринских клеток несет всю полноту наследственной информации, характерующей данный организм.

Клетки разных тканей могут радикально отличаться друг от друга по многим особенностям обмена веществ, морфологии и функциям, но если они способны совершать свою онтогению и до­ходить до очередного митоза, они содержат одно и то же коли­чество ДНК и вся эта ДНК принадлежит к одному типу. 'Каждая клетка содержит полный геном организма, полный комплект «ге­нетического материала». Исключением являются случаи полиплои­дии и политении клеток, которые можно рассматривать как выхо­дящие за норму.

В гл. XI отмечалось уже, что это бесспорное для эмбриологов и генетиков положение выдвинуло ряд еще далеко не разрешен­ных обеими науками проблем. Требуется расшифровать «пара­докс природы»: все более дифференцирующиеся в ходе эмбрио­нального развития клетки сохраняют, однако, благодаря митозам все свои видовые свойства, несут всю полноту наследственной ин­формации, характеризующей данный организм. Клетка выглядит и как интегральная часть целого, и как потенциальный организм.

Вопросы связи генетики и эмбриологии подробно обсуждают­ся в руководствах по генетике. Здесь указываются лишь основные принципиальные проблемы связи этих наук.

ПОГРАНИЧНЫЕ МЕЖДУ ЭМБРИОЛОГИЕЙ И ГЕНЕТИКОЙ ВОПРОСЫ

Генетика и эмбриология должны быть родными сестрами. В своем прогрессе и в своих заблуждениях они влияли друг на друга. Связь между- этими науками в первой четверти века персонифи­цировалась в лице Т. Моргана — экспериментального зоолога и эмбриолога и одного из основателей современной генетики.

В 20—30-е годы генетика удовлетворялась такими представле­ниями, согласно которым от генов, как от определенных мате­риальных точек хромосом, проводились прямые линии к призна­кам организма, минуя процессы его развития. Все основные гене­тические гипотезы того времени были созданы фактически вне связи с эмбриологией. У генетиков того времени не было потреб­ности в изучении эмбрионального развития даже основного объ­екта исследований — плодовой мухи дрозофилы. Оперируя поня­тиями «ген» и «признак взрослого организма», генетика в сущ­ности игнорировала онтогенез и все эмбриологические данные. Устанавливались математически точные корреляции между тем, что обнаруживалось в хромосомном аппарате половых клеток и у взрослых организмов. О соотношении половых и соматических клеток господствовали представления, столь ярко выраженные у одного из наиболее физиологично мыслящих генетиков того вре­мени Р. Гольдшмидта. Он сравнивал (1923) положение половых клеток в организме с положением паразита, с положением цари­цы в государстве термитов: сама она не принимает активного уча­стия в жизни государства, ее содержат рабочие для того, чтобы она могла дать новые поколения и выполнить этим свое единст­венное назначение. Эти уцрощенные неправильные идеи не могли способствовать связи генетики с эмбриологией, и эти две науки во многих проблемах оказывались не «родными сестрами», а «троюродными тетками»: генетика сама по себе и эмбриология сама по себе. Однако вместе с бурным прогрессом генетика все более сближалась с эмбриологией, физиологией и биохимией. Это­му способствовали следующие открытия и обобщения генетики и эмбриологии.

«Любой признак организма определяется многими генами, в конечном счете всем генотипом. С другой стороны, каждый ген обладает множественным, т. е. плейотропным, эффектом»

Огромное число корреляций

Огромное число таких корреляций, как мы видели, установле­но школой Шпемана: хордомезодерма и развитие нервной систе­мы из прилегающей эктодермы; преобразование эктодермы в на­ружную часть роговицы под влиянием хрусталика глаза; зачаток глаза определяет развитие хрусталика и т. д.

Шмальгаузен выделяет эргонтические корреляции, иначе — функциональные. Это соотношения между частями (например, ор­ганами), обусловленные функциональными зависимостями между ними. «При изменении одного элемента корреляционной пары его функция изменяется, и это изменение сказывается и в изменени­ях строения связанного с ним другого элемента. Я подчеркиваю, что здесь говорится не просто о зависимости в функциях, а о по­бочном формообразовательном эффекте этой зависимости».

Эргонтические корреляции — это зависимости, устанавливаю­щиеся через дифинитивные функции, характерные для различных органов уже сформированного организма. Примеры таких корре­ляций: зависимость между развитием нервных центров, нервов и развитием периферических органов; зависимости между развити­ем мышцы, нервов и кровеносных сосудов, снабжающих мышцу; зависимость между развитием мышцы и формированием скелет­ных частей, к которым эти мышцы прикрепляются, и т. п.

Различные типы корреляций характерны для этапов индивиду­ального развития. «Так как морфогенетические процессы сами приводят к новым соотношениям, новым связям, то они вместе с тем вносят такие изменения в процессе развития, которые вы­зывают новые морфогенетические процессы. Таким образом раз­вертывается целая цепь взаимно обусловленных процессов формо­образования» .

Как видим, анализ явлений дифференциации и детерминации, который был дан в настоящей главе, не противоречит высказы­ваниям выдающегося естествоиспытателя.

В настоящей главе мы познакомились с большим количеством фактов, гипотез. Этим далеко не исчерпываются ни факты, ни ги­потезы, относящиеся к проблеме детерминации. Отчасти этой про­блемы мы касались, давая анализ ранних стадий развития заро­дышей (гл. IV, V и др.). В дальнейшем мы в сущности будем про­должать изучать центральную проблему эмбриологии почему раз­вивается организм и почему происходит дифференциация.

о закономерностях онтогенеза

 

Центральной мыслью Шмальгаузена о закономерностях онтогенеза является следующая: «... движущие силы индивидуально­го развития создаются по мере дифференцировки зародыша в результате взаимодействия продуктов этой дифференцировки. Взаимодействие разных частей ведет к новым дифференцировкам и дальнейшим взаимодействиям. Устойчивость организации поко­ится не на прочности каких-либо структур, а на сложности систе­мы взаимозависимостей (корреляций) и на регуляторном их ха­рактере. В результате этих взаимозависимостей организм разви­вается на всех стадиях как одно согласованное целое,.. Вместо прежнего, недостаточно определенного термина корреляция я употребляю теперь гораздо более выразительный русский термин «взаимодействие».

Из этой важной идеи вытекает много выводов, в частности отношение Шмальгаузена к школе Шпемана, данные которой из­ложены в настоящей главе. «Мы можем лишь условно говорить об индукторе и реакторе. В процессе взаимодействия они постоян­но меняются местами. Всегда реагирующая часть оказывает и об­ратное влияние на индуктор». «... В большинстве формоообразо-вательных систем обоюдный характер зависимостей совершенно ясен, и выделение индуктора как более активной части системы имеет в значительной мере условный характер»².

Эмбриологам важно подчеркнуть, что Шмальгаузен говорил о корреляции не в статическом смысле сосуществования призна­ков, а о закономерностях в соотносительном их изменении.

Шмальгаузену было чуждо какое-либо одностороннее — хими­ческое или иное — представление о корреляциях. Конечно, можно строить классификацию корреляций (взаимодействий) на основа­нии различных критериев; например, по характеру связи — хими­ческие, физические и иные. Можно классифицировать взаимосвя­зи по характеру осуществляемых изменений (стимуляция, депрес­сия и т. п.) или по специфическим биологическим факторам онто­генеза, при посредстве которых реализуется данная взаимозависи­мость. Оговаривая, что нельзя провести твердые грани между раз­ными типами корреляций, Шмальгаузен в 1938 г. предложил клас­сификацию, не потерявшую значения и в настоящее время. Он говорил о геномных, морфогенетических и арготических взаимо­зависимостях.

Геномные зависимости могут осуществляться, по-видимому, непосредственно генами, через какие-то биохимические процессы, совершающиеся в клетках, в которых реализуется изменение; это зависимости не двух или более частей друг от друга, а от одного или нескольких связанных генов.

Так как новые и новые движущие силы индивидуального развития создаются по мере дифференцировки зародыша, а значит, не обязательно проводить в каждом случае прямую линию от того или иного гена ко всем возникающим в онтогенезе взаимодейст­виям (хотя все события в онтогенезе в конечном счете обусловле­ны генотипически), Шмальгаузен выделяет морфогенетические корреляции. Это взаимозависимости между двумя (или более) морфогенетическими процессами.

И. И. ШМАЛЬГАУЗЕН ОБ ОРГАНИЗМЕ КАК ЦЕЛОМ В ИНДИВИДУАЛЬНОМ РАЗВИТИИ

 

В заключение этой главы остановимся на некоторых идеях и, и. Шмальгаузена, внесшего большой вклад в эволюционную морфологию, сравнительную анатомию и эмбриологию.

Вопросы об интегрирующих факторах онтогенетического и фи­логенетического развития до исследований Шмальгаузена совер­шенно не разрабатывались. Были лишь эпизодические высказыва­ния многих авторов. Проблемой интеграции занимались физиоло­ги, а эмбриологи особое внимание уделяли проблеме дифферен­циации. Однако форма и функция неразрывно связаны друг с дру­гом и морфологические явления имеют и свою физиологическую сторону. Резко критикуя идеалистические построения Г. Дриша и других о целом как о чем-то предшествующем частям и опреде­ляющем до конца все свойства клеток, тканей и органов, Шмаль-гаузен дает строго научную, материалистическую интерпретацию понятия «целое» (см. гл. XIII). Он ставил и разрешал вопросы об историческом становлении взаимозависимостей, о возникновении и эволюции корреляционных систем.

Ни на одной стадии развития организм не есть мозаика час-. тей, органов или признаков. Организм на данной стадии развива­ется всегда как специфическое целое. Сложная система связей, т. е. корреляций, обусловливает развитие организма как целого. Прогрессивное усложнение организации (как в филогении, так и в онтогенезе) означает дифференциацию целого и специализа­цию частей. Отдельные «части» приобретают свои самостоятель­ные функции. Однако любая специализированная часть связана с остальным организмом, и—подчеркивает Шмальгаузен — чем более специализирована часть, тем более она становится в зави­симость от других частей организма, обеспечивающих выполнение , основных жизненных функций всего организма (питания, дыха­ния, выделения и др.). Следовательно, «дифференциация и спе­циализация неизбежно связаны с соподчинением частей, с инте­грацией».

«... Любой орган имеет свои специфические функции. Однако, с одной стороны, эти функции подчинены всему организму в це­лом и, с другой стороны, они осуществляются через посредство функциональной деятельности составляющих данный орган тканей и клеток. Каждая высшая система контролирует и координирует работу низшей. В этом выражается и взаимосвязь циклов регуля­ции, которые не изолированы друг от друга, а соединены всегда входными и выходными каналами связи с другими регуляторны-ми циклами. Вместе с тем в функциях высшей системы осущест­вляется не суммирование деятельности низших систем, а их инте­грация. В каждой высшей системе проявляется своя качественная специфика, которая создается только организацией этой высшей системы. Поэтому мы и при рассмотрении формообразовательных систем должны учитывать уровень их интеграции»¹

биологический смысл

Какой биологический смысл в этой закономерности, сказать пока трудно. Ряд исследователей считают, что имеется корреляция между временем редупликации генов (ДНК) и его функциональ­ной активностью. Происходит становление характерного для сома­тических клеток клеточного цикла с разделением интерфазы на три периода (Gi, S и G₂).

Некоторые данные имеются о митотических циклах в ходе сперматогенеза и оогенеза. Общая продолжительность «митоти-ческого цикла» на разных этапах сперматогенеза 27—30 ч. У спер­матогоний первых генераций имеется продолжительная фаза G₂ около 11—14 ч, и в соматических клетках она 2—3 ч. В последу­ющих генерациях сперматогоний время G₂ сокращается до 4,5 ч. Отмечается увеличение продолжительности фазы синтеза ДНК: У первичных генераций сперматогоний время S 7—8 ч, а время син­теза ДНК сперматогоний последней генерации 14,5 ч. Такие же факты обнаружены в отношении оогоний.

На определенных этапах гаметогенеза синтез ДНК прекраща­ется. В связи с процессом оплодотворения в женском и мужском пронуклеусах (еще до их соединения) синтез ДНК возобновляет­ся. Редупликация ДНК у пронуклеусов морских ежей наступает через 15—20 мин после оплодотворения.

О том, происходит ли синтез ДНК на стадиях дробления, гово­рилось ранее. Установлено, что синтез ДНК имеет место у эмбри­онов всех животных с самых первых этапов развития.

Дондуа на основании данных разных исследователей делает следующие обобщения об особенностях митотических циклов в пе­риод дробления: 1) отсутствие премитотической фазы Gi; 2) не­большое удельное значение фазы синтеза ДНК в цикле (10— 20%); 3) высокое удельное значение фазы G₂ и митоза и значи­тельная скорость протекания синтеза ДНК- Автор и его коллеги провели обширные исследования митотических циклов в период формирования зачатков различных органов на зародышах птиц и млекопитающих. Наиболее важный вывод заключается в том, что в период, когда при формировании тканей зачатки органов вступают в дифференциацию, при которой синтезируются специ­фические для данной ткани белки, митотические циклы приобре­тают особые черты: снижается пролиферативная активность, клет­ки переходят из авто- в гетеросинтетическую фазу, происходит выключение синтеза ДНК. Однако приводятся случаи сочетания и синтеза ДНК и синтеза специфических белков.

Изложенные материалы, несмотря на дискуссионность их ин­терпретации разными исследователями, как уже сказано, пред­ставляют интерес для эмбриологии.

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ КЛЕТОК В ХОДЕ РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМА

Для оценки важности биохимического аспекта исследований эм­брионального развития следует вспомнить сообщенные ранее данные молекулярной биологии. В дальнейшем (гл. XII) будут рассмотрены вопросы о значении молекулярно-биологических и генетических данных, касающихся проблемы дифференциации кле­ток и тканей. В 60—80-х годах под влиянием прогресса биохимии, генетики и цитологии появились новые аспекты исследования дифференциации клеток и тканей. Интересные исследования, свя­занные с представлениями об онтогении клетки, ее жизненном цикле. Большинство авторов предпочитают термин «митотический цикл», но, конечно, этот термин более узкого содержания, чем термины «жизненный цикл» или «онтогения клетки».

В индивидуальной жизни клетки отмечают постмитотическую (Gi) фазу, фазу редупликации (-синтетическую, S), постсинтети­ческую (G₂) и стадию митоза (М). Утверждают, что в случае дифференциации клетки образования ДНК не происходит, а имеет место синтез различных специфических белковых соединений. В отличие от биохимических процессов, совершающихся при обыч­ном «митотическом цикле», когда «интерфаза» именуется автосин­тетической, в случае дифференциации клетки «интерфазу» назы­вают гетеросинтетической. Считается, что клетки в этом случае выходят из цикла размножения. Обосновывается целесообраз­ность выделения «особого периода неустойчивого состояния кле­ток, когда они как бы «принимают решение»: или вступить на путь дифференциации, или начинать новый митотический цикл.

Этот период принято обозначать Ci». Описанная схема клеточной дифференциации — только частный случай специализации клеток, требующий дальнейших исследований.

Несмотря на существование противоречивых данных об анта­гонизме между синтезом ДНК и синтезом специфических белков, исследования особенности клеточных циклов в ходе эмбриональ­ного развития представляют большой интерес для эмбриологии. Доказано, что может быть и совпадение (одновременное протека­ние) процессов синтеза ДНК и специфических белков. Мыслима дифференциация клеток без потери хотя бы и временной способ­ности к размножению. В ходе нормального развития организма, благодаря интеграционным механизмам тканей и зародыша как целого, закономерно возникает локализация митотической актив­ности клеток, подавление митозов в определенных участках, деге­нерация клеточных элементов и т. д. Таким образом, исследова­ние «митотических циклов» в эмбриональном развитии выходит за рамки изучения соотношения синтеза ДНК и синтеза специфи­ческих белков.

Обширные исследования ряда цитологов (О. И. Епифанова, А. А. Заварзин, А. К. Дондуа и др.), естественно, интересуют эм­бриологов. Приведем примеры некоторых исследований. Л. Ф. Ан­дреева (1970) методом авторадиографии с применением Н³-тими-дина изучала синтез ДНК и длительность «клеточных циклов» (онтогении клеток) в эмбриогенезе морского ежа Strongylocentro-tus droebachiensis на стадиях поздней бластулы, гаструлы и плутеуса. В ходе развития эмбрионов продолжительность «клеточ­ного цикла» непрерывно увеличивается. На стадии поздней бла­стулы включение Н³-тимидина в ДНК наблюдается в течение всей интерфазы. На стадии средней-поздней гаструлы происходит разделение интерфазы на три периода: Gi, S и G₂. Доля периода интенсивного синтеза ДНК непрерывно уменьшается. От стадии поздней гаструлы до плутеуса продолжительность клеточного цикла все время увеличивается, а доля периода синтеза ДНК в клеточном цикле сокращается.

В период дробления основной пик синтеза ДНК приходится на телофазу и раннюю интерфазу. На стадии средней бластулы наи­более активный синтез ДНК происходит в середине интерфазы. Во время гаструляции — во второй половине интерфазы. Таким образом, утверждает Л. Ф. Андреева, в ходе эмбрионального раз­вития на стадии ранней интерфазы синтез ДНК становится все меньшим и возрастает количество ДНК, редуплицирующейся на поздних стадиях интерфазы.

Опыт кастрации коров и свиней

 

а также наблюдения в гинеколо­гических клиниках подтверждают это.

В результате опытов по влиянию гонадотропных (гонада — половая железа, тропность — направленность действия) гормонов, а именно: гонадотропного гормона гипофиза, гонадотропного агента, находящегося в крови и сыворотке жеребой кобылы, в мо­че беременных женщин и других препаратов, — происходят гипер­трофия матки и всей системы вторично-половых признаков. Если удалить у молодых крыс матку, то оказывается, что их яичники развиваются сильнее, чем у нормальных крыс. Выходит, что мат­ка как-то тормозит функцию яичника.

Завадовский сделал вывод о том, что вследствие противоречи­вого взаимодействия между частями развивающегося организма он «представляет собой саморегулирующуюся систему, с высокой степенью устойчивости, так как регуляция присуща не только организму как целому, но и каждому звену в отдельности».

Как видим, теория М. М. Завадовского обосновывается мно­гими фактами. Однако, конечно, нельзя считать формулу X-\-Y—*А выражением любого формообразовательного процесса. М. М. Завадовский, как обычно происходит в творчестве каждо­го ученого, вносящего реальный вклад в науку, распространил свою теорию на больший круг явлений, чем она способна объяс­нить.

Основным недостатком этой теории следует считать представ­ление о реактивном характере всех процессов формообразования (см. гл. XIV). Однако основанная преимущественно на явлениях формообразования в послезародышевом периоде развития высших позвоночных, она может претендовать на неменьшую научность, чем теория развития Г. Шпемана, которая также выхватывает из целого организма те или иные единичные системы. Завадовский вправе применять свою теорию «плюс-минус взаимодействия» и к результатам опытов Шпемана и Льюиса по пересадке глазного бокала тритона в различные части тела, в результате чего «инду­цируется» образование роговицы, а также к результатам опытов Д. П. Филатова—пересадка зародышевого слухового пузырька, что вызывает индукцию формирования хрящевой капсулы из сое­динительной ткани.

Согласно современным данным, как об этом говорит Б. Г. Но­виков (1975, 1981), приводимые М. М. Завадовский примеры для подтверждения правильности теории не совсем удачны. Прежде всего для взаимодействия вторично-половых признаков с гонада­ми нет каналов для отрицательной обратной связи. Принцип об­ратных связей в регуляции функции гонад замыкается на уровне гипоталамуса. Точно так же существуют три уровня регуляции функции щитовидной железы: авторегуляция (базальная актив­ность), регуляция на уровне гипофиза и на уровне гипоталамуса. Гормональная же бисексуальность на самом деле присуща обоим полам, поэтому она не связана с различиями в генетической ор­ганизации самца и самки. Установленный Завадовским принцип эквипотенциальное™ тканей самца и самки не носит универсаль­ного характера. Даже в пределах относительно узких системати­ческих групп можно построить ряд постепенного перехода от за­висимого к независимому, от гормона, типу развития одного и того же признака. Следовательно, если у одних форм генная актив­ность, определяющая развитие полового признака, контролирует­ся половыми стероидами, то у других их индуцирующая роль от­сутствует. Б. Г. Новиков высказал предположение о том, что воз­никновение половых признаков и их превращение в видовые обу­словлено появлением особых систем рецепторных клеток, которые в ходе эволюции испытывают соответствующие преобразования (т. е. изменяется их компетенция).

Можно внести и другие поправки и замечания, касающиеся аргументации теории М. М. Завадовского, однако она, несомнен­но, внесла большой вклад в понимание взаимодействия между частями развивающегося организма.

формирование головного убора

Итак, формирование головного убора, петушиного голоса и инстинкта совершается при участии гормона семенника.

При кастрации курица после первой же линьки надевает петушиный наряд как по форме, так и по окраске, на ногах выраста­ют шпоры . Если пересадить семенники кастрированным курочкам, то в случае хорошего приживления гормоны семенника могут вызвать образование зависимых самцовых признаков из тканей самки: развивается петушиный гребень, головной убор, курица начинает петь по-петушиному. Замечательно, что Зава-довский на основании многих своих опытов в 40-х годах сделал вывод о том, что ткани самца тождественны тканям самки, что под влиянием полового гормона самца они дифференцируются в ткани самца, а под влиянием женского полового гормона — в ткани самки. У птиц самка гетерозиготна, у нее оба гормона. Не касаясь исследований последних десятилетий химии половых гормонов и их формообразовательной роли, следует отметить, что выводы Завадовского о гетеросексуальности кур вполне соответст­вуют представлениям генетики о гетерогаметности самки (они не­сут ХУ хромосомы, а самцы — XX хромосомы).

Подобные описанным эксперименты проведены Завадовским на фазанах и других птицах, а также на млекопитающих.

Представление о том, что тот или иной вторично-половой при­знак развивается из тканей покровов головы при участии полово­го гормона семенника, например петушиный гребень развивается из тканей покровов головы, Завадовский выразил формулой: X+Y,—>А, где X — ткани покровов головы; У — половой гормон семенника; А — символ петушиного гребня. Это «алгебраическое» выражение того, что между X и У существует взаимодействие, которое необходимо для развития признака.

Было показано, что, как правило, там, где одна система оказы­вает влияние на другую, то и эта другая оказывает влияние иа пер­вую, образуя взаимодействующую систему: если У оказывает вли­яние на X, то и X оказывает в свою очередь влияние на У. Если отрезать гребень у петуха, то можно убедиться в том, что гребень, развившийся под влиянием семенника, в свою очередь оказывает влияние на жизнь семенника: у петухов со срезанными гребнями семенники развиваются значительно сильнее, чем у нормальных, контрольных петухов, происходит увеличение массы семенников в 1,5—2 раза. Гребень оказывает какое-то формативное влияние на развитие семенника, а семенник стимулирует гребень. Взаимо­влияние этих органов имеет взаимно противоречивый характер. Завадовский выражает это взаимодействие как «плюс — минус взаимодействие». Семенник^гребень. В опытах на следующих системах автор убедился в правильности своих представлений.

1. Семенник — гребень. 2. Яичник — матка. 3. Семенник —се­менные пузырьки. 4. Гипофиз (гонадотропный) — яичник. 5. Гипо­физ (гонадотропный) — семенник. 6. Гипофиз (тиреотропный) — щитовидная железа. 7. Гипофиз (лактогенный) —яичник.

Приведем один пример. Яичник млекопитающих стимулирует развитие матки. Если удалить яичник, то матка атрофируется.

ТЕОРИЯ М. М. ЗАВАДОВСКОГО О ПРОТИВОРЕЧИВОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ МЕЖДУ ОРГАНАМИ В ТЕЛЕ РАЗВИВАЮЩЕГОСЯ ЖИВОТНОГО

Среди многих теорий, касающихся взаимного влияния различных систем развивающегося организма, особый интерес представляет теория М. М. Завадовского, экспериментально обоснованная еще, в 30—40-х годах. Интерес эмбриологов к этой теории не умень­шается, чему способствует, вероятно, родство представлений За­вадовского современным понятиям кибернетики об обратной свя­зи. На теории Завадовского следует остановиться еще и потому, что она, касаясь главным образом явлений постнатального раз­вития, убеждает эмбриологов в необходимости изучать взаимо­действия «частей», а не односторонних гипотез об «индукции».

По Завадовскому, развитие любого признака на любой стадии онтогенеза осуществляется именно на основе взаимодействия «ча- -стей». Конечно, развивающийся организм — это целостная систе­ма, но, чтобы понять отдельные явления, мы должны «вырывать» их из всеобщей связи. Развитие особи осуществляется в единстве превращений формы и функции, друг друга обусловливающие. Автор использовал при создании своей теории преимущественно данные о формообразовательной роли желез с внутренней секре­цией и особенно результаты своих классических исследований развития половых признаков у птиц и млекопитающих. Зависимые половые признаки, например гребень, сережки, бородка, голосовой аппарат, половой инстинкт и другие признаки петуха, развивают­ся под воздействием половых гормонов семенника, так же как зависимые половые признаки курицы и женских особей других видов животных развиваются под влиянием яичника. Половые признаки касаются формы и пигмента пера, шпор, размеров и окраски гребня, бородки и сережек, посадки корпуса, пения, спаривания, насиживания яиц, половых проводящих путей, половых желез.

Рост бороды и усов, огрубение голоса и пробуждение инстин­кта у юноши и формирование вторично-половых признаков совер­шается в период полового созревания. Кастрация мужчин приво­дит к выпадению у кастрата ряда вторично-половых признаков —-не развиваются борода и усы, голос сохраняет детские интонации. У стареющих женщин вместе с угасанием функции яичника не­редко начинается рост волос наподобие бороды и усов.

Завадовский удалял у неполовозрелых петухов оба семенника. В результате — резкие отклонения в развитии гребня, бородки и сережек, они малого размера и сохраняют ювенильную блед­ность. Если кастрировать половозрелого петуха с хорошо разви­тым головным убором, то гребень, бородка и сережки постепенно сморщиваются, уменьшаются в размерах. Это заметно уже на третий-четвертый день после кастрации. Кастри­рованный петух теряет половой инстинкт. Если пересадить на шею кастрированного петуха (в период, когда вторично-половые приз­наки еще не отчетливо выражены) семенник, взятый от другой особи той же породы, то через 4 месяца обнаруживается усилен­ный рост и порозовение гребня, до того очень бледного. Через 8 месяцев гребень значительно превосходит в размере гребни кон­трольных. нормальных петухов. Гистологическое исследование приживленного семенника показало, что крупные кровеносные со­суды хорошо снабжают ткани семенника.

Некоторые авторы создали конкретные предположения

 

о том, какую роль играет гибель клеток в формообразовательных про­цессах. Так, А. Глюксман (1951) считает, что гибель части клеток создает условия для морфогенетических перемещений клеток (на­пример, при инвагинации, разделении слоев клеток и т. п.) Б. Менкесом и другими исследователями (1964) обнаружено, что дегенерация в спинальных ганглиях, в сомитах, склеротоме, мио-томах, зачатках глаза и в других местах зародышей разных мле­копитающих—мышей, крыс, кроликов, человека — происходит на определенных стадиях онтогенеза.

Гибель клеток в определенных местах необходима, чтобы про­изошло соединение или разделение частей органов или образова­ние просвета в какой-либо плотной структуре. Так, гибель клеток происходит при «разделении» пальцев на руках и ногах, при от­делении губы от десен, при формировании век и образовании центральных каналов тех или иных протоков.

Вряд ли следует искать какую-то одну закономерность, кото­рая давала бы объяснение всем разнообразным случаям деструк­тивных процессов, втречающихся на стадиях дробления, форми­рования зачатков органов, при метаморфозе и т. д. Может быть, помимо специальной формообразовательной роли деструктивных процессов, в каждом частном случае имеются все же и какие-то общие морфофизиологические черты.

Так, если верна теория Э. С. Бауэра, то следует дум-ать, что при гибели части живой материи (клеток, межклеточных веществ, тканей) освобождается энергия, которая служит для поддержа­ния неравновесного состояния остающейся живой материи.

ДЕГЕНЕРАЦИЯ И СМЕРТЬ КЛЕТОК В ХОДЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Заслуживают большого внимания различного рода деструктивно­го характера процессы, закомерно наступающие в онтогенезе жи­вотных. Как уже отмечалось, на ранних стадиях развития заро­дышей вступают в действие факторы, тормозящие митозы в одних частях зародыша и стимулирующие их в других частях. В резуль­тате взаимодействия клеток и тканевых систем, при непрерывно меняющихся состояниях интеграции зародыша закономерно на­ступают явления дегенерации и смерти клеток в тех или иных частях эмбриона. Особенно демонстративны деструктивные процес­сы, происходящие при метаморфозе животных—насекомых, асци-дий, амфибий и др. И процессы регенерации, как правило, сопро­вождаются гибелью клеточных элементов.

При развитии мочеполовой системы у млекопитающих проис­ходит редукция предпочки и другие процессы, при которых имеет место дегенерация и смерть значительных клеточных масс.

Деструктивным процессам в эмбриогенезе в современной эмб­риологии уделяется большое внимание. Так, Ж. Фросберг и Б. Кёллен (1968) считают, что процессы клеточной гибели в он­тогенезе имеют не меньшее значение, чем клеточное размножение и дифференциация клеток.

Удовлетворительной теории этих явлений, однако, не создано, и каждый исследователь рассматривает деструктивные процессы в рамках своих, подчас односторонних научных интересов. Так, Ж. Сондерс и Ж Фаллон (1966) предлагают рассматривать ги­бель клеток в эмбриогенезе как явление, запрограммированное генетически. Это утверждение ничего не объясняет, ибо в конеч­ном счете все определяется генотипически.

Приведем примеры наблюдающихся деструктивных процессов.

Дегенерация и смерть клеток в яркой форме наблюдаются при развитии нервной системы и органов чувств у позвоночных. Ги­бель клеток неизбежно происходит при резорбции провизорных органов, как уже указывалось, например, при редукции пронефро-са, при резорбции Мюллерова протока эмбрионов — самцов. Дест­руктивные процессы имеют место у позвоночных животных при изменениях формы зачатков органов, разделении слоев клеточных масс, при слиянии закладок органов, образовании полостей и т. п. При развитии плеча и предплечья куриного зародыша, особенно локтевого сустава, возникают строго локализованные участки не­кроза клеток. Выяснено, когда и какая группа клеток дегенери­рует. Если клетки, неизбежно подвергающиеся гибели в опреде­ленное время и в определенном месте, пересадить в.иные части за­родыша, они не погибают и участвуют в формообразовательном процессе. Придается значение тому факту, что умирающие клетки выделяют какие-то вещества, стимулирующие митоз в соседних клетках.

В пользу проникновения химических индуцирующих веществ

 

косвенно говорят положительные результаты опытов с бесклеточ­ными экстрактами из индукторов. Использовались, например, фракции экстракта из куриного эмбриона, содержащего «мезо-дермальный индуктор»: возникали нервные клетки, меланофоры или мышечные волокна и клетки хорды.

Ж. Сирлин (1956), С. Брама и К. Уоддингтон (1956, 1959) и другие авторы использовали метод радиоактивных меток. Для этого вводили в ткани зародыша-донора меченные по S или С соединения (метионин, глицин и др.). Затем индуцирующие части трансплантировали в зародыш-реципиент, вызывая индукцию либо нервной пластинки, либо других зачатков. Исследовалось, содержатся ли радиоактивные атомы в индуцированных из тканей хо­зяина образованиях? В результате была обнаружена высокая ра­диоактивность в индуцированной нервной пластинке, и нередко менее радиоактивными оказывались мезодермальные и энтодер-мальные ткани хозяина. Эти эксперименты, однако, не дают до­казательства того, что имеет место проникновение «индукторов» именно в реагирующие клетки, так как большая концентрация радиоактивных веществ в индуцированной нервной пластинке мо­жет еще проще объясняться более высоким обменом веществ в ней. Эти опыты также не дают доказательств в пользу предположений о концентрации радиоактивных веществ на поверхности клеток индуцированных структур. Основной недостаток метода — полная неясность вопроса, проходят ли меченые субстанции в их исход­ной форме (аминокислоты или нуклеиновые кислоты), или же они окажутся включенными в другие макромолекулярные соединения, которые и будут иметь какое-либо значение в дифференциации клеток? Значит, если в опытах такого рода и убеждаешься, что те или иные меченые вещества проникнут через клеточные мем­браны, нельзя, однако, решить, имеет ли это отношение к индук­ции.

Многие исследователи использовали иммунохимические методы. Д. Раунде и К. Фликинжер (1958) культивировали химерные экс­плантаты, состоявшие из мезодермы лягушки и эктодермы три­тона. Через 4—5 дней культивирования ткани отделяли и изуча­ли антигенные свойства эктодермы тритона: содержатся ли в ней антигены лягушки? Результаты опытов позволили сделать за­ключение о переходе белков лягушки в ткани тритона. Конечно, вывод этот не очень обоснован, так как возможны «загрязнения» энтодермы клетками (или их обрывками) мезодермы.

С. Тойвонен на основании своих опытов и данных других ав­торов предположил, что антигенный материал не только может прилипать к поверхности клеток, но и проникать в протоплазму, несмотря на то, что речь идет о макромолекулярных частицах, подобных белкам. Таким образом, по-прежнему химия индукции неясна.

При перенесении эксплантата

 

(после кратковременного дей­ствия повреждающих веществ) в более нормальную среду проис­ходит «реинтеграция клеток» и их «нейрализация». Чем больше клетки приводятся к границе смерти, утверждает Гольтфретер, тем больше приобретают тенденцию развиваться по типу нерв­ной ткани. Следует подчеркнуть, что в опытах воздействия по­вреждающими агентами наблюдается иногда не просто «нейра­лизация», но и уродливое эмбриональное развитие, появление раз­нообразных структур. Изложенные факты и предположения Гольт-фретера отчасти сходны с мыслями о значении дезинтегрирующих факторов при индукции вторичных зародышей (в опытах с живыми и мертвыми организаторами).

Проникают ли индуцирующие субстанции в реагирующие клет­ки или эффект индукции обусловливается контактом индуциру­ющих и реагирующих тканей?

Этот естественно напрашивающийся вопрос дискутируется начиная с 1932 г. Шпемановская школа не сомневалась в необходимости тесного контакта индуктора и реагирующего ма­териала. Однако многие исследователи, среди них О. Мангольд (11932) и Ж. Браше (1961), говорили о возможности диффузии индуцирующих агентов. П. Вейс (1949) считал, что сущность ин­дукционного действия —это реакции клеточных поверхностей. Молекулы индуктора являются своего рода штампами, по шаб­лону которых возникает новый набор молекул на поверхности реагирующей клетки. Этот новый набор молекул и определяет начало дифференциации клеток. Доказать правильность этой ги­потезы Вейса химическим путем не удалось.

Электронно-микроскопические исследования не принесли че­го-либо нового в споры о механизме индукционного действия. Предполагают возможность пиноцитоза, ссылаясь на наблюдае­мые благодаря электронной микроскопии маленькие пузырьки, включающиеся в мембраны клеток презумптивной эктодермы. С очень большими сомнениями их идентифицируют с веществами индуктора. Сторонники перехода, проникновения индуцирующих веществ прибегали к разного типа экспериментам. Пытались не допускать контакта клеточных поверхностей, создавая различные преграды для гипотетических химических веществ (слой желточ­ной оболочки, целлофановая или агаровая пластинки, фильтры из эфира целлюлозы); при этом использовались в опытах мембра­ны с известными диаметрами пор (порядка от 230 до 3,4 мкм). Результаты всех опытов не позволяют сделать выводов, хотя в ря­де случаев вызывалась индукция. Толкование этих положитель­ных случаев осложняется неясностью возможного влияния самиу использованных мембран (химически или механически дезинте­грирующих реагирующие ткани).

О ВОЗМОЖНОСТИ РАЗЛИЧНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ КЛЕТОК ВСЛЕДСТВИЕ РАЗНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЛИЯНИЙ

И. Гольтфретер склоняется к мысли о том, что ключ для объяс­нения индукции скорее следует искать в реагирующих клетках, чем в индукторах. Конечно, любой формообразовательный про­цесс имеет ту или иную биохимическую основу, но совершенно необязательно представлять эту основу в виде специфических ин­дуцирующих веществ. На примере партеногенеза мы знаем, что агенты различной природы могут вызвать одно и то же явление. Интересные данные о химических влияниях на дифференциацию клеток презумптивного эпидермиса гаструлы лягушек (Rana pipi-ens) в условиях культуры in vitro получены Л.Бартом и Л. Барт в 1960, 1962 и 1963 гг. Доказано, в частности, что различные концентрации LiCl обусловливают дифференцировку клеток презумптивного эпидермиса в разные типы клеток: нервные клетки, пигментные, мускульные. В зависимости от концентрации, про­должительности действия, температурных и иных условий и другие вещества (NaHC0₃, MgS0₄, СаС1₂) могут вызывать разный эф­фект — разного типа дифференциацию клеток презумптивного эпидермиса. Эти и другие интересные данные предостерегают от излишне упрощенных представлений о химической природе ин­дукторов и пока, к сожалению, не дают возможности судить об истинной причине гистологической дифференциации в ходе раз­вития организма, в частности о возможном химическом влиянии хордомезодермы на обширную область эктодермы зародышей амфибий, развивающуюся в нервную систему.

Б. П. Токин (1955) предполагает, что в ходе развития заро­дыша возникают вещества, тормозящие клеточные деления и по­вреждающие клетки эктодермы. В формировании нервной системы могут иметь значение какие-либо альтерирующие воздействия внешней среды, разность внешней и внутренних сред (см. гл. XIV).

Л. Барт в 1941 г. убедился в том, что эктодерма Ambystoma punctatum может развиваться в нервного типа структуры в усло­виях эксплантации, в отсутствие каких бы то ни было организа­торов. Особо интересен факт пропорциональной зависимости «нейрализации» клеточного материала от степени дезагрегации кусочков зародышей, вызываемой искусственной средой. Гольт-фретер подтвердил и значительно расширил эти данные, связав вопрос о «нейрализации» с изменением под влиянием различных агентов поверхностей клеток, со способностью к «слипанию» и, наоборот, к дезагрегации.

При снижении рН до 4,5 происходит уплотнение клеточных мембран эксплантатов из зародышей A. punctatum, и в связи с этим клетки дифференцируются по типу эпидермальных обра­зований. Наоборот, если подвергать кусочки зародышей кратко­временному действию неорганических кислот или щелочей, алко­голя, дистиллированной воды или растворов без ионов кальция, наступает набухание клеток, их дезагрегация, возникает амебоид­ная подвижность клеток и, в случае более длительного действия, цитолиз.

На основании подобных опытов Тойвонен представляет

 

себе существование такого индукционного механизма у зародышей. Должен существовать нейрогенный агент (N-агент), образующий дорсолатеральный градиент, и мезодермальныи (или М-агент)— краниокуадальный и одновременно дорсолатеральный. В передней части спинной области зародыша, т. е. в районе дей­ствия нейрогенного агента, возникают головной мозг и его произ­водные. Дальше назад по спине, где сильный нейрогенный агент комбинируется со слабым мезодермальным, возникают спинной мозг и слуховые пузырьки. В задней части спинной области более сильно действие М-агента, поэтому центральная нервная система развивается в спинной мозг, формируются сомиты, хорда и весь комплекс мезодермальных структур.

Предположения и данные разных исследователей о химиче­ской природе N- и М-агентов очень противоречивы. Предполага­ют, что М- и N-агенты — это белковые соединения. X. Тидеман (1968) извлекал из гомогенатов девятидневных куриных зароды­шей индуцирующий мезодермальныи фактор белковой природы (относительная молекулярная масса 25000—30 000). Он инакти-вируется тиогликолевой кислотой или меркаптоэтанолом, значит, содержит сульфидный мостик цистина. При имплантации этого вещества в гаструлу амфибии происходило во многих случаях формирование мезодермальных структур. Трудно, однако, гово­рить об этом веществе как о специальном «мезодермальном фак­торе», так как в опытах кроме формирования мышц^ хорды и лочечных трубочек образовывались и энтодермальные ткани. Считают, что индукция архенцефалических структур может быть лолучена рибонуклеопротеинами. Однако чистые протеины из ко­стного мозга и куриного эмбриона действуют как каудально-мезо-дермальные индукторы.

Анимализации можно добиться уменьшением хирургическим путем вегетативного материала или обработкой перед оплодотво­рением некоторыми химическими веществами, такими, как KCN, или обработкой в период дробления иодобензонной кислотой или 2,5-тиометилцитозином.

Вегетализация, т. е. более интенсивное развитие энтодермаль-ных зачатков, может быть вызвана обработкой дробящихся яиц литием или хлорамфениколом. К 70-м годам химия «индукторов» оказалась столь же неясной, как и в период односторонних хи­мических увлечений эмбриологов в 30-е годы.

Подробно изложенная интересная гипотеза Тойвонена не дает, к сожалению, ничего принципиально нового по сравнению со ста­рыми односторонне химическими схемами сущности индукторов и организаторов, только вместо одного вещества думают о двух или нескольких. Должны быть приняты во внимание следующие очевидные недостатки гипотезы Тойвонена, на которые отчасти указывает и сам автор. Во-первых, эта гипотеза говорит только А—Г — различные случаи «анимализированных» личинок; Д — нормальная гаструла; Е— Ж — различные случаи «вегеталнзированных» личинок. В случае «Ж» эктодерма редуциро­вана до маленькой «почки». Анимализация (редукция вегетативного материала) производи­лась или обработкой химическими веществами перед оплодотворением (например, SCN), или обработкой в ходе дробления яйца иодобензойиой кислотой или 2,5-тиометилцнтозином. Вегеталнзацня производилась обработкой солями лития или хлорамфениколом по ходу дробления яиц

об «индукторах» и совершенно не касается главного вопроса — о «реагирующих» системах. Во-вторых, экспериментальное обос­нование ее дано на основании действия каких-то веществ тканей млекопитающих, а делается попытка объяснений явлений нор­мального развития зародышей амфибий. Требуется доказать, что выделенные Тойвоненом, Ямада и другими «индуцирующие веще­ства» действительно присутствуют в нормальной гаструле. Если они присутствуют, то каково их местоположение? Поэтому к ги­потезе Тойвонена и сходным с ней относятся все те критические замечания, которые были уже сделаны о шпемановской школе. С данными Тойвонена перекликаются результаты опытов по экзо-гаструляции

ХИМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ИЗУЧЕНИЯ ДЕТЕРМИНАЦИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ КЛЕТОК И ТКАНЕЙ

Обратимся вновь к тому, что совершается в ходе нормального развития, — к явлениям дифференциации и к анализу процессов, названных Шпеманом индукцией, и разберем, что, собственно, является взаимозависимостью частей в развитии.

В 50-х и 60-х годах XX в. в связи с возрастающим взаимо­влиянием биологии, физики и химии и с использованием новых методик (ауторадиография, электронная микроскопия и др.) сно­ва повысился интерес к химии индукторов, хотя содержание это­го понятия резко изменилось. Во-первых, считается неоснова­тельным искать какое-либо одно формообразовательное вещество, вызывающее индукцию. Во-вторых, все меньшее число исследо­вателей уподобляет явления индукции, наблюдаемые в ходе нормального развития зародышей, феномену мертвых организато­ров. В-третьих, вместо гипотезы Шпемана об индукционных влия­ниях организатора на «индифферентный» клеточный материал утвердилась мысль о взаимозависимости частей в развитии за­родышей.

В течение длительного периода, последовавшего после увле­чения и разочарования химическими исследованиями (40-е и 50-е годы), некоторые эмбриологи продолжали изучать природу ин­дукторов. К ним относятся прежде всего С. Тойвонен и Т. Ямада, которые вместе с другими учеными создали качественную гипо­тезу индукторов. Тойвонен испытал действие сотен тканей разных животных на их способность к индукции осевых зачатков у ам­фибий. В 1938 г. он обнаружил, что некоторые индукторы обла­дают качественно различным действием: ткань печени морских свинок индуцирует почти исключительно передний мозг и его производные (сначала передний мозг, затем глаза и балансеры). Костный мозг морской свинки индуцируют туловищные и хвосто­вые структуры (миотомы, хорду, почечные канальцы и т. д.).

Ф. Леман в 1950 г. предложил гипотезу, принятую Тойвоне-ном, Ямадой и другими исследователями. Согласно ей, первичная индукция (сущность действия организатора — дорсальной губы бластопора) может быть вызвана всего двумя агентами, образу­ющими два взаимоперекрывающихся градиента. Одно вещество индуцирует исключительно переднеголовные (архенцефалические) структуры, а другое—туловищно-хвостовые (дейтеренцефаличес-кие) структуры. Если много архенцефалического агента и мало дей-теренцефалического, то индуцируется передний мозг; если первого агента относительно мало, а второго больше, то возникает заднеголовная область; если мало переднеголовного агента и много туло- А вищно-хвостового, то индуцируются туловищно-хвостовые отделы. Все это и имеет место, согласно гипотезе, в нормальном развитии амфибий; надо представить себе наличие определен­ных индуцирующих веществ в соответ­ствующих количественных комбина­циях в разных участках зародыша.

С. Тойвонен и Л. Саксен в 1955 г. проверили эту гипотезу эксперимен­тально, поставив опыты на зародышах амфибий с одновременной и раздель­ной индукцией — печенью и костным мозгом. Ткани печени и костного моз­га или то и другое вместе пересажи­вали в гаструлу тритона или завер­тывали в. эктодерму гаструлы тритона  (метод «сэндвичей»). Как видно , ткань печени инду­цирует преимущественно образование переднего мозга и его производных и изредка также заднего мозга со слу­ховыми пузырьками; индукция мезо­дермы не наблюдается. Костный мозг индуцирует главным образом мезодер-мальные структуры; головные струк­туры не образуются. В опытах с одно­временным действием печени и костного мозга возникли структуры всех уровней тела  нормальной личинки. В ряде случаев на брюшной стороне хозяина развивались полные вторичные зародыши, подоб­ные тем, которые возникают нередко и при трансплантаци­ях верхней губы бластопора или при действии мертвых ор­ганизаторов.

Роль подсаженного организатора

заключается в резком нару­шении обычных взаимных индукций. Значит, организатор не ор­ганизует и не индуцирует, а выступает в роли дезорганизатора, лучше сказать дезинтегратора, структурных и функциональных-соотношений клеток и клеточных систем нормального эмбриона. Происходит изоляция клеточных комплексов из-под формативно­го влияния целого.

Следует особо подчеркнуть, что в абсолютном большинстве опыты по индукции вторичных эмбрионов не удается осуществлять. на более поздних стадиях. Это объясняется тем, что на стадиях поздней гаструлы и нейрулы начинает уже появляться способ­ность к регенерации, создаются новые иммунологические возмож­ности и зародыш становится еще более интегрированным, чем на предшествующих стадиях. Вследствие этого обусловливается воз­можность репарации после повреждения чужеродными-трансплантатами, перестройка начавшего развиваться в нервную-пластинку клеточного материала под влиянием интегрального це­лого.

Таким образом, явления, анализом которых мы столь долго занимались, вероятно, сходны по своему механизму с явлениями: полиэмбрионии у других животных, возникающей благодаря ка­ким-то спонтанно происходящим нарушениям нормальной инте­грации зародыша.

Индукции вторичных эмбрионов у амфибий, рыб, птиц и мле­копитающих, как мы убедились, служат примерами эксперимен­тальной полиэмбрионии. Нельзя, конечно, это утверждение рас­пространять абсолютно на все случаи индукции вторичной ме­дуллярной пластинки, описанные в литературе.

Теория индивидуального развития Шпемана представляет уже только исторический интерес, но огромный фактический материал: его школы далеко не весь ис­пользован эмбриологией, он требует дальнейшего анализа. Из работ последнего времени следует обратить внимание на интереснейшие факты, обна­руженные Хасаном Насером Эль-Дином и Н. С. Габае-вой (1980). Авторами отмече­ны случаи формирования нервной трубки в отсутствии хорды у эмбриона , и эмбрионы с несколькими нервными трубками при отсут­ствии хорды . Эти факты как будто несопоставимы даже с кажущимися бесспорными утверждениями о значении хордоме-зодермы в «индукции» нервной системы в ходе онтогенеза.

ИНДУКЦИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭМБРИОНОВ —ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПОЛИЭМБРИОНИИ

В результате воздействия пересаженных мертвых организаторов развиваются два зародыша: один — вследствие обычных процес­сов развития, другой — из клеточного материала того же зароды­ша под влиянием организатора. Конечно, не всегда наблюдается столь отчетливая картина, но даже и в случае образования не всех осевых органов вторичного эмбриона, а лишь вторичной ме­дуллярной пластинки имеется одно и то же явление — развитие в сторону целого организма.

В самом деле, что означает индукция вторичной медуллярной пластинки? Она образуется на определенной стадии развития за­родыша, на стадии, когда и сам нормальный первичный эмбрион представлен лишь медуллярной пластинкой как наиболее диф­ференцированной частью целого.. На этом этапе онтогенеза жи­вотного нет еще ни органов слуха, ни глаз, ни конечностей, ни сердца и т. д.; характеристикой продвинувшейся дифференциров-ки эмбриона на данной стадии развития служит именно медулляр­ная пластинка. Вторичный эмбрион столь же полноценен, он так­же представлен самой дифференцированной на этой стадии ча­стью — медуллярной пластинкой. Выходит, что если бы дальней-. шего развития индуцированного эмбриона и не происходило (что вполне естественно, если принять во внимание условия экспери­ментов), то мы обязаны были бы говорить о развитии эмбриона, о развитии целого. То, что часто развивается дефектный зародыш, не должно смущать биологов, ибо иного результата трудно ожи­дать в условиях опытов.

Мы делаем общий вывод: клеточный материал хозяина под влиянием индуктора вместо дифференциации в определенные тка­ни и органы и образования частей зародыша развивается в целый организм, в добавочный эмбрион. Явления биологически различ­ные нельзя оценивать как идентичные. С одной стороны, устанав­ливается взаимозависимость частей развивающегося эмбриона: слуховой пузырь — слуховая капсула, глазной бокал — хрусталик, дорсальная губа бластопора — медуллярная пластинка и т. д. С другой стороны (в опытах с трансплантацией индуктора в чу­жой эмбрион), мы имеем явление нарушения нормальных взаи­мосвязей частей развивающегося организма, дезорганизацию, луч­ше сказать, дезттег^рщйг нормальной клеточной системы, раз­витие некоторых клеточных комплексов не в сторону отдельных частей, а по линии целого организма.

Факты и анализ и$ принуждают прийти к выводу: если антро­поморфное понятие «организатор» имеет какой-либо смысл в при­менении к развитию организма, поскольку делается ударение на связи клеток и их комплексов, то понятие «организатор» в опы­тах трансплантации в чужой эмбрион (в живом или мертвом со­стоянии этот материал пересаживается, взят ли он от раздавленных дафний или от трупа человека) лишено вообще всякого био­логического смысла.

доказывать полную искусственность попыток

Не требуется доказывать полную искусственность попыток привлечь результаты подобных опытов для объяснения индукции нервной пластинки хордомезодермой, имеющей место в ходе нор­мального развития животного. В одном случае наблюдается вза­имное влияние частей развивающегося зародыша, а в другом — принципиально иное явление — развитие (или попытка развития) целого организма.

При экспериментальном изучении формирования нервной труб­ки у амфибий (опыты эксплантации и др.) превосходно доказано влияние на этот процесс других участков зародыша. Ф. Е. Леман удалял проспективную хорду у зародыша тритона, а Ж- Пастелс подавлял ее дифференциацию воздействием LiCl или посредством центрифугирования. В этих опытах сомиты формировались непра­вильно («сплавлялись»). При таких условиях стенка нервной трубки вместо того, чтобы сформироваться в тонкую пластинку, образует толстую массу (рис. 113,Л). Когда же нервные ткани дифференцировались только в контакте с хордой (без нормаль­ных сомитов), то участок нервной трубки, контактирующийся с хордой, формируется в тонкую пластинку (рис. 113,fi). В слу­чае наличия хорды и сомитов, находящихся лишь на одной стороне от нервной трубки, происходит формирование резко асимметрич­ной нервной трубки (рис. 113,В). Когда спинной мозг развивает­ся, будучи окруженным мезенхимой (т. е. без контакта с хордой и сомитами), стенки нервной трубки оказываются одинаковой толщины во всех участках (см. рис. 112.Г). И. Г. Гольтфретер и

B.   Гамбургер (1955) предполагали, что в нормальном развитии кажущееся (на основании указанных опытов) антагонистическое действие хорды и сомитов дополняет друг друга, в результате чего формируется нормальная нервная трубка (рис. 1113.Д). Если такое объяснение и не кажется очень убедительным, нельзя не усмотреть в приведенных материалах прекрасное доказательство взаимодействия частей развивающегося эмбриона. Что же обще­го имеют с этими фактами данные об индукции вторичного эмб­риона в случае пересадки губы бластопора в чужой эмбрион?

Понятия «ассимиляторной индукции» (установленное Г. Шпе-маном и Б. Гейницем в 1927 г.) и «компенсаторной индукции» (установленное О. Мангольдом в 1932 г.) указывают на тот ин­тересный факт, что при трансплантации губы бластопора различ­ным образом может вовлекаться в формирование вторичного за­родыша клеточный материал хозяина, или, наоборот, вовлекает­ся клеточный материал трансплантата в формирующийся из кле­точного материала хозяина вторичный эмбрион.

Таким образом, необходимо отличать две принципиально раз­ные группы явлений: взаимозависимость частей развивающегося эмбриона и экспериментальную полиэмбрионию. Особенно неар­гументированно отождествлять явления индукции медуллярной пластинки в нормальном развитии с явлениями развития вто­ричного зародыша в орытах с мертвыми организаторами.