Гаструляция у амфибий.

Результатом дробления у лягушки является амфибластула с тонкой крышей и толстым дном. Если посмотреть на живую икринку, то видно, что клетки А полюса имеют темную окраску, благодаря присутствию пигмента меланина, а клетки В полюса – светлые. Клетки А полюса мелкие, а В полюса – крупные. Если разрезать икринку, то на срезе видно то же самое. Но оказывается, что различие между клетками не только в размерах и окраске, но и в их дальнейшей судьбе. Во время оплодотворения выделяется район серого серпа – в экваториальной зоне, где-то посредине между А и В полюсами. При дроблении цитоплазма этого участка наследуется соответствующими бластомерами. Затем в период гаструляции эти клетки уходят с поверхности и становятся 3-им зародышевым листком – мезодермой, хотя в случае с амфибиями лучше говорить о хордомезодерме. Тот клеточный материал, который лежит над хордомезодермой станет эктодермой, а материал, лежащий ниже – энтодермой. Распределение зачатков до их выявления при гаструляции было изучено экспериментальными эмбриологами, на основании чего был составлен план распределения зачатков или так называемая карта Фохта по имени ученого, разработавшего этот метод. Карта презумптивных зачатков зародышей амфибий.

Какое положение займут различные районы бластулы после завершения гаструляции и какова их окончательная судьба? Это можно установить, нанося на поверхность бластулы метки нейтральными красителями или флуоресцентными маркерами и прослеживая перемещения меток в ходе гаструляции. На основании таких наблюдений составлены карты презумптивных (будущих или точнее предполагаемых) зачатков. Первым составил такие карты для амфибий немецкий эмбриолог Фохт (Vogt) в 20х годах 20 столетия. Он пропитывал кусочки агар-агара красящими веществами, безвредными для живых тканей, и прижимал их к разным местам поверхности бластулы. Прослеживая перемещения окрашенного участка можно было точно проследить, куда он попадает в ходе гаструляции.

По Фохту перед началом гаструляции все закладки зародыша расположены на поверхности, точнее - выходят на поверхность. Сразу ани-мальнее щелевидной бороздки бластопора располагается зачаток прехордальной пластинки, из которой по завершении гаструляции развивается главным образом выстилка ротовой полости. Анимальнее прехордальной пластинки располагается зачаток будущей хорды. Дорзоанимальную часть зародыша занимает презумптивная эктодерма нервной системы (нейроэктодерма). Вентроанимальную часть – эктодерма покровов тела. Эти две закладки и по завершении гаструляции остаются на поверхности тела. Вегетативнее их располагается последовательно материал осевой мезодермы ( туловищные и хвостовые сомиты), боковой пластинки и, наконец, энтодермы. Прехордальная пластинка, хорда, мезодерма и энтодерма погружаются внутрь зародыша. При этом две первые закладки подворачиваются через дорзальную губу бластопора, мезодерма – через боковые и вентральную губы, а энтодерма накрывается сходящимися губами бластопора.

В настоящее время внесены многие поправки, но сути дела они не меняют.

В процессе гаструляции благодаря эпиболии и инвагинации клеточные зачатки будут перемещаться так, что займут свои конечные места.

Клетки будущей эктодермы начинают сползать с А полюса в сторону В полюса, но эти движения пассивные, а истинной активностью обладают клетки мезодермального зачатка. Они начинают инвагинировать: несколько ниже экватора клетки, которые первыми уходят с поверхности, изменяют свою форму – они становятся колбовидными и активно тянут за собой другие клетки. Первым видимым признаком этого является образование серповидной бороздки. Начинается стадия ранней гаструлы. Серповидная бороздка обозначает дорзальную губу бластопора. Бластопор – первичный рот – это отверстие, которое ведет в полость первичной кишки - гастроцель.

У амфибий формирование бластопора идет постепенно. Дно бластулы очень толстое и сразу вся энтодерма инвагинировать не может. Серповидная бороздка – это верхняя или дорзальная губа бластопора. Затем края щели увеличиваются, наползают на В полюс и замыкаются. Бластопор образуется на границе хордомезодермы и энтодермы. Через серповидную бороздку вглубь зародыша идет материал хорды, с боковых губ и с вентральной –мезодермы. Смыкание губ бластопора характеризует стадию средней гаструлы.

В ходе гаструляции образуется новая полость – гастроцель (полость первичной кишки или архентерона). Особенность первичной кишки в том, что её крыша состоит из хордомезодермы, а дно – из энтодермы.

Рассмотрим строение средней гаструлы на сагиттальном (продольном), фронтальном и поперечном срезах.

1. На сагиттальном срезе , который проходит через А, В полюса брюшную и спинную стороны, т.е. делит зародыш на правую и левую половины, видны распределение всех зачатков. На этом срезе видно, что хорда связана с энтодермой непрерывно через прехордальную пластинку, которая является самой передней частью хорды и она инвагинирует первой. Именно благодаря такой неразрывной связи хорды и энтодермы и формируется новая полость – гастроцель.

2. Фронтальный срез перпендикулярен сагиттальному, он также проходит через головной и хвостовой концы (А и В полюса), но через боковые губы бластопора. Он делит зародыш на спинную и брюшную половины. На нем видны боковые губы бластопора, через которые вворачивается боковая мезодерма. При этом мезодерма движется с большей активностью, чем энтодерма. Поэтому мезодерма отрывается от энтодермы и свободным языком (клином) прорастает между эктодермой и энтодермой. В ходе гаструляции бластоцель сохраняется. Её отличие от гастроцеля – в том, что крыша бластоцеля состоит из эктодермы, а дно – из энтодермы.

3. Поперечный срез. Он проходит в плоскости перпендикулярной сагиттальному и фронтальному срезу и делит зародыш на головную и хвостовую часть. Губ бластопора не видно. Мезодерма имеет вид полукольца. Видна полость –гастроцель. Её стенки представлены крышей из хордомезодермы и дном из энтодермы.

На поздней гаструле все зародышевые листки занимают свое оконча-тельное, дефинитивное, положение. Эктодерма осталась на поверхности, мезодерма переместилась внутрь и энтодерма заняла самое внутреннее положение. Это хорошо видно на поперечном срезе.

Если сравнить с бластулой, у которой клетки представляют однородное целое, хотя и с разной судьбой, то гаструла обладает уже организованной сложной структурой. Её клетки распределены на три зародышевых листка, отличающихся по положению в зародыше и внутреннему строению. Это – первичная дифференцировка клеток зародыша. Путем организованных клеточных движений клетки заняли свои дефинитивные места, где они претерпевают дальнейшие изменения (дифференцировку).

Следующий процесс – нейруляция.

Нейруляция – процесс дифференцировки зародышевых листков, связанный с образованием осевых органов зародыша. В осевой комплекс входят хорда, нервная трубка, осевая мезодерма. Их вычленение и составляет смысл нейруляции. Параллельно образованию осевых органов идет развитие вторичной кишки. Рассмотрим эти процессы на примере развития лягушки.

На поперечном срезе поздней гаструлы видно расположение трех зародышевых листков.В процессе нейруляции с ними произойдут дальнейшие преобразования.

Ранняя нейрула. Если посмотреть на зародыш со спинной стороны, то можно увидеть, что спинная сторона уплощилась и окружена валиками. Это формируется нервная пластинка. В это время зачаток хордомезодермы единый, а энтодерма замыкается под будущей хордой -–это приводит к формированию вторичной кишки. Стенки её полностью состоят из энтодермальных клеток.

Средняя нейрула. Зародыш вытягивается в длину. Нервная пластинка прогибается в центральной части и превращается в нервный желобок. Валики сближаются, но не равномерно, а так, что в головном конце остается расширение. На поперечном срезе видны: нервный желобок, который продолжает оставаться в составе эктодермы, и вычлененная хорда. Латеральнее её располагается материал будущих сомитов, дальше лежит материал боковых мезодермальных пластинок.

Поздняя нейрула. Нервные валики смыкаются почти по всей длине нервного желобка. Образуется нервная трубка. Она полностью обособляется от покровной эктодермы. По бокам от хорды дифференцируется материал сомитов, а боковая мезодермальная пластинка разделяется на два листка – наружный, примыкающий к эктодерме. Он называется париетальным листком мезодермы. Внутренний листок примыкает к энтодерме. Это – висцеральный листок мезодермы. Между этими листками образуется полость – зачаток будущей вторичной полости тела.

На этом процесс нейруляции заканчивается. Наступает следующая стадия – органогенез- развитие дефинитивных органов, приводящее к формированию тела личинки.

Механизмы формообразовательных движений.

Гаструляция в высокой степени активный процесс, особенно у клеток, которые вворачиваются:

1. Поляризация клеток ярко проявляется у амфибий при инвагинации и при нейруляции. Перед сворачиванием в нервной закладке клетки меняют свою форму (РИС.)

2. Сокращение клеток хорошо видно на примере целобластулы морского ежа. Клетки на В полюсе поляризуются. Затем сокращаются и под влиянием сокращения клеток пласт продавливается внутрь.

Поляризация начинается со сборки микротрубочек. Сокращение в ряде случаев связано с сокращением микрофиламентов, (они собираются и сокращаются). Сборка их не связана с химическим синтезом и происходит очень быстро.

Механизм координации клеточных процессов.

По-видимому, соседние клетки в ходе поляризации влияют друг на друга. Действительно, они двигаются одновременно. Это кооперативные процессы. На чем основана такая кооперативность, неизвестно. При сложных типах гаструляции должны быть подстроены совершенно различные процессы – вворачивание материала, размножение клеток (в каких-то удаленных местах на поверхности). Должна быть согласованность этих процессов.

Опыты: вырезанный участок серого серпа в питательной среде будет вести себя как в норме – инвагинировать, а соседний участок в зародыше без серого серпа будет нарастать, т.е, «нарабатывать» клеточный материал. Это показывает, что процессы нарастания и впячивания независимы друг от друга.

Гаструляция – комплексный процесс, т.е, состоит из ряда компонентов, непосредственно не связанных друг с другом. Синергизм – комплексность- означает, что разные процессы, могущие идти независимо друг от друга, в развитии согласованы. Эта согласованность основана на жесткой связанности отдельных процессов.