Лекции по эмбриологии, в основе которых лежит курс, читаемый проф. Л.В.Белоусовым на биофаке МГУ.

Тема 1. Предмет и история эмбриологии

Эмбриология – наука об индивидуальном развитии многоклеточных организмов, старающаяся разгадать самую большую загадку жизни – как из одной клетки получается сложно устроенный организм. До сих пор нет единой теории развития, столь сложен и многогранен этот процесс.

Собственно эмбриология изучает развитие зародыша - самые начальные этапы существования особи и происходит от слов “em bryo”- в оболочках, т.е, изучающая зародышевые стадии развития, которые проходят до вылупления организма из яйцевых оболочек. Зародыш, или эмбрион, развивается под защитой оболочек и использует для своего существования внутренние ресурсы, которыми его обеспечила материнская клетка- яйцеклетка. Когда эти ресурсы кончаются, зародыш выходит из оболочек и приступает к самостоятельному существованию. Это уже постэмбриональное развитие. К нему относится такое удивительное явление как метаморфоз (примером может служить превращение гусеницы в бабочку). В постэмбриональный период особь увеличивается в размерах происходит её рост. Особь уже во взрослом состоянии может терять какую-то часть своего тела и её восстанавливать – этот процесс называется регенерацией. И в эмбриональный период, и в постэмбриональный может происходить морфогенез. С этим процессом связан один из основополагающих процессов, ведущих к формированию организма – цитодифференцировка. Все эти процессы составляют индивидуальное развитие особи. Эмбриологи, изучая их, расширили область эмбриологии и превратили её в науку об индивидуальном развитии, которая называется биологией развития. Она охватывает все индивидуальное существование особи, т.е. онтогенез, начиная с момента оплодотворения и даже раньше – с формирования половых клеток.

«Биология развития является ярким примером объединением ученых разных специальностей с целью решить одну проблему – как из оплодотворенной яйцеклетки получается живая система со всеми свойственными ей специфическими особенностями! Какие факторы регулируют специфическое развитие этой системы ?» (Корочкин, 2002).

Кроме того, помимо полового размножения есть ещё и бесполое. Это означает, что новый организм может развиться не из половых клеток, а из соматических, которые составляют сому (тело) взрослого организма. Изучение механизмов бесполого размножения также входит в задачи биологии развития. Таким образом эмбриология, которая первоначально рассматривалась как наука о зародышах, сильно разрослась – её интересуют все процессы, слагающие развитие особи, когда бы они ни происходили – до вылупления зародыша или позже, в постэмбриональный период.

Методологические отличия эмбриологии от других биологических дисциплин

В ходе эмбрионального и постэмбрионального развития протекают разнообразные биохимические превращения, физиологические процессы, гистологические перестройки. Все они служат предметом рассмотрения соответствующих дисциплин.

Физиология, гистология, цитология, биохимия, молокулярная биология, как правило, имеют дело или со статическими, относительно неизменными структурами или с обратимыми циклическими процессами, в результате которых система обычно возвращается в начальное состояние.

Эмбриология интересуется необратимыми процессами:

1. Рост - это необратимое увеличение массы или размера особи.Он характерен в основном для постэмбрионального периода. Несмотря на кажущуюся простоту, процессы роста(или состояние отсутствия роста - гомеостаз), сложным образом регулируются и нарушение этой регуляции ведет к серьезным патологическим изменениям.

2. Формообразование или морфогенез – необратимое изменение формы организма. Это процесс образования новых форм или структур из отдельных клеток, клеточных пластов или скоплений. Морфогенез осуществляется за счет согласованных движений клеток и изменений их формы.

3. Клеточная дифференцировка – цитодифференцировка или цитодифференциация – сложные процессы внутри клетки, сводящиеся к необратимым физико-химическим структурным изменениям.Клетки зародыша приобретают стойкие и, как правило, необратимые различия между собой. Эти различия основаны на способности к синтезу специфических белков.

Эти необратимые процессы сложены из обратимых, как из кирпичиков здание. Это сложный комплекс физиологических, химических и цитологических изменений.

Биологические науки являются аналитическими, стремящимися расчленить предмет на составные части. Основной идеей такого подхода является редукционизм. Он основан на идее “однозначного детерминизма” (Лаплас 18век), согласно которой весь мир может быть расчленен на конечное число дискретных событий – причин и следствий, причем каждая причина может порождать не более одного следствия. В эмбриологии, как мы увидим дальше, этот подход тоже используется, но эмбриология интересуется связями между явлениями, т.е. тем, как связаны между собой эти составные части, которые изучаются другими биологическими науками.

Эмбриология носит синтетический характер:

Можно выделить разные уровни организации живых объектов – молекулярный, физиологический и др. Большинство биологических дисциплин являются «горизонтальными», т.е, рассматривают объекты на одном уровне.

Эмбриология, по выражению Рене Тома, - наука «вертикальная» и стремится сопрягать все эти уровни. Поэтому эмбриологу необходимо знать клеточную организацию, субклеточное строение, а также уметь подняться на более высокий уровень - на уровень организма.

Весь смысл биологии развития (и эмбриологии) состоит в том, чтобы выявлять и описывать взаимосвязи между разными уровнями организации – молекулярным, клеточным, надклеточным, уровнем целого организма. Первостепенная важность этих связей очевидна. С одной стороны, движущие силы процессов клеточного и надклеточного связаны с молекулярными и надмолекулярными процессами. С другой стороны, процессы верхних уровней организации оказывают мощное регулирующее влияние на нижние уровни.

Основной вопрос эмбриологии – почему в ходе развития одна стадия закономерно сменяется другой, один сложный набор структур сменяется другим, ещё более сложным? И эта сложная организация возникает исключительно или почти исключительно за счет внутренних факторов. Как это возможно? До сих пор на основной вопрос эмбриологии нет полного ответа. Поэтому нет общей теории развития организмов, хотя фактические знания о процессах развития очень велики и умножаются с каждым днем.