1920Гг. Г. Шпеман и Ольга (Хильда, Гильда) Мангольд произвели самый знаменитый опыт в экспериментальной эмбриологии

Они пересаживали материал спинной губы бластопора на вентральную сторону зародыша. В результате под влиянием пересадки на вентральной стороне развивалась новая нервная система и практически новый зародыш. Для исключения возможности заноса нервного материала использовали в качестве реципиентов и доноров тритонов с разной окраской тканей. Донор – гребенчатый тритон- имел светлые клетки, реципиент – тритон обыкновенный – темные клетки. Нервная система возникала из ткани реципиента (темные клетки).

Явление формирования нервной системы и мезодермы под влиянием материала дорзальной губы бластопора называется первичной эмбриональной индукцией. Это самое великое открытие в эмбриологии, за которое Г.Шпеману была присуждена Нобелевская премия.

Немного подробнее об опытах, приведших к этому открытию. Весной 1921 года Г.Шпеман поручил своей аспирантке Хильде Прешельдт выполнить работу, результаты которой дали бы понять, как происходит усложнение эмбриона во время гаструляции и нейруляции. Эксперимент, предложенный Хильде заключался в иссечении кусочка дорзальной гуды бластопора у одного тритона и пересадке его к другому. Шпеман предположил, что клетки дорзальной губы бластопора обладают особым свойством инструктировать другие клетки, расположенные рядом. В промежутке между 1921 1923 годом Хильда выполнила 259 опытов по трансплантации. Большинство из прооперированных эмбрионов погибли, но оставшиеся в живых показали удивительные результаты. Каждый эмбрион содержал в себе «заготовку» двух особей. У них были зачатки двух голов, двух нервных трубок, двух наборов мышц, двух хорд и двух кишечников. Другими словами, Хильда Прешельдт создала сросшихся близнецов тритонов, ориентированных друг к другу брюшной стороной. В качестве донора и реципиента Хильда использовала тритонов двух различных видов, обычного и гребенчатого. Донор - обычный тритон - имел пигментированные клетки, а реципиент – светлые. При исследовании полученных зародышей было показано, что дополнительные органы принадлежали хозяину. Это означало, что трансплантированный участок дорзальной губы бластопора не сделался добавочным тритоном, а индуцировал его из недифференцированных клеток хозяина. Этот крошечный кусочек ткани обладал , по-видимому, могущественными инструкциями по созданию совершенно новой особи, почти законченной во всех её частях. Шпеман назвал дорзальный губу бластопора тритона «организатором». Это название до сих пор используется в науке.

Результаты экспериментов Х. Прешельдт были опубликованы в 1924 г., но сама она не дожила до этого момента. На полпути к своей докторской степени она вышла замуж за Отто Мангольда, одного из сотрудников Шпемана, и под его фамилией она и известна сейчас в науке. В декабре 1923 года она родила сына и ушла из лаборатории., а 4 сентября 1924 года, навещая родителей мужа, она пролила керосин, разжигая печь. Платье её вспыхнуло и на следующий день она скончалась от ожогов. Ей было всего 26 лет. Она выполнила в действительности лишь одну серию хороших экспериментов, но, по мнению многих, если бы осталась жива, то разделила бы со Шпеманом Нобелевскую премию 1935 г.

Дальнейшие исследования Г. Шпемана и его сотрудников показали, что индукционные свойства дорзальной губы бластопора , взятой от ранней или поздней гаструлы, различны. Материал, взятый от ранней гаструлы, индуцирует преимущественно головные структуры, а взятый от поздней гаструлы – туловищные и хвостовые отделы тела. Эти данные соответствуют топографии нормального развития, поскольку в ходе гаструляции материал губы дорзальной губы бластопора вворачивается глубже всего и подстилает именно структуры головного мозга, а материал дорзальной губы бластопора с поздней гаструлы подстилает спинномозговые структуры. Таким образом различают головной и туловищный индукторы.

Стали изучать распространенность этого явления и его механизм. Оказалось, что оно свойственно всем позвоночным животным (ланцетник, рыбы, амниоты). Сначала думали, что хордо-мезодерма обладает индукционными свойствами только в живом состоянии, но оказалось, что если «убить» дорзальную губу, индукционные свойства её сохранятся.

Дальнейшее изучение показало, что индукционной способностью обладают самые различные ткани и вытяжки из тканей самых различных животных (гидра, насекомые, птицы, млекопитающие). Индукционным действием обладают многие низкомолекулярные вещества – жирные кислоты, соли лития (хлористый литий). Предположили, что индукция – явление химическое, связанное с поступлением какого-то вещества. В лаборатории немецкого эмбриолога Тидемана получили чужеродные специфические индукторы из тканей птиц, действовавшие в ничтожно малом количестве. Он выделил индукторы двух родов: 1. – N-индуктор –нейрализующий. Он действует на клеточные мембраны, перестраивая их и заставляя клетки нейрализоваться, т.е., превращаться в нервные.

2.- М-индуктор- мезодермализующий – белок, который проникает в ту ткань, которую он индуцирует.

Наличие множества индукторов показывает, что ткани зародыша находятся в неустойчивом состоянии и способны «свернуть» на необыч-ный для них путь развития. Однако, решить этот вопрос с помощью методов экспериментальной эмбриологии не удалось, но об этом мы будем говорить позже, а пока продолжим знакомиться с теми сведениями о механизмах раннего развития, которые нам предоставила экспериментальная эмбриология.

Компетентность тканей

Ещё в самом начале исследований по первичной эмбриональной индукции было обнаружено, что способность реагирующей ткани (презумптивной покровной эктодермы) отвечать на действие индуктора зависит от её возраста. Индукция лучше всего выражена на стадии ранней гаструлы, а к стадии поздней гаструлы она почти исчезает.

Способность эмбриональных тканей воспринимать действие индуктора называется компетентностью.

Вначале предполагалось, что компетенция – не более, чем пассивное восприятие эмбриональной тканью сигналов, исходящих от индукторов, которые и содержат в себе всю «информацию» для дальнейшего развития. Однако оказалось, что сами по себе реагирующие ткани обладают замечательной способностью «отбирать» или видоизменять (модулировать) поступающие к ним сигналы. Впервые это было продемонстрировано Г. Шпеманом и его сотрудником Шотте.

Выясняли индукционные влияния, необходимые для образования ротовых структур у бесхвостых и хвостатых амфибий, которые у них имеют различное строение. Эти структуры образуются из вентральной эктодермы под индукционным влиянием стенки эмбриональной глотки (мезодермы).

Участок вентральной эктодермы лягушки пересаживали в ротовую полость тритона и наоборот. Оказалось, что пересаженные ткани принимали и «читали» сигналы, полученные от индуктора, но «прочитывали» их по-своему: эктодерма лягушки под действием индуктора тритона построила ротовые органы лягушки и наоборот. Этот опыт впервые показал, что эмбриональная ткань не слепо воспринимает сигнал от индуктора, но способна его «интерпретировать».

Сложность понятия компетентность продемонстрирована во многих опытах. Очень интересен опыт, поставленный на асцидиях. В зародыше на стадии 8ми бластомеров лишь один бластомер (н) под действием бластомера (х), дающего потом хорду, дает начало нервной системе. Если перевернуть А полушарие зародыша, так чтобы над бластомером (х) оказалась другая закладка –покровной эктодермы? Возможны два варианта ответа.

Если будет индукция, то хорда повлияет на эктодерму, находящуюся на месте нервной закладки, а пересаженная нервная закладка на новом месте не разовьётся.

Если индукции нет, то результат будет обратным, но результат был неожиданным. Не было нервной закладки – ни новой, ни старой т. е, на этой стадии компетенцией к образованию нервной системы обладал только материал будущей нервной системы.

Это противоречило результатам, полученным на амфибиях. Очевидно, в ходе эволюции позвоночных животных шло расширение компетентности материала. По-видимому, это - показатель прогрессивности группы животных, так как уровень компетентности характеризует повышение реактивности материала.