Лекция 16

Механизмы эмбрионального развития на молекулярно-генетическом, клеточном и организменном уровне.

На прошлой лекции мы останавливались на общей характеристике эмбрионального развития, рассмотрели периодизацию онтогенеза и морфологические события соответствующие дроблению, гаструляции зародыша с образованием трех зародышевых листков, из которых образуются соответствующие ткани и органы. В этой лекции мы должны остановиться на молекулярно-генетических, клеточных механизмах, которые имеют место в эмбриональном развитии и с которыми в конечном итоге связано формирование окончательного фенотипа с присущими для данного вида формами. Мы будем это рассматривать настолько, насколько это изучено на современном этапе. Все дело в том, что в биологии развития много нерешенных проблем. Например, в настоящее время мы разобрались в строении и функции невидимых глазу генов. А вот как и почему в процессе развития изменяется форма клеток, хорошо видимых под микроскопом, мы еще недостаточно знаем. А понять как создается форма органов, видимых уже невооруженным глазом, каковы механизмы формообразования (морфогенеза) пока полностью не представляется возможным. Одно становится ясным, что в основе морфогенеза, как и развития в целом, лежат конкретные цитогенетические и клеточные механизмы.

Но прежде чем останавливаться на этих механизмах, необходимо коснуться такого важного вопроса эмбрионального развития как молекулярно-генетические аспекты раннего развития. Что следует считать ранним развитием? Это стадия зиготы, превращение одноклеточной системы в многоклеточную в результате дробления, начало дифференцировочных и морфогенетических процессов. Одной из важнейших задач молекулярных исследований раннего развития заключается в выяснении: а) когда начинают функционировать собственные гены зародыша; б) на каких стадиях синтезируются и начинают функционировать собственные РНК и белки зародыша; в) есть ли различия в синтезируемых РНК и белках в разных частях зародыша, в разных зародышевых клетках. Имеющиеся на этот счет данные свидетельствуют, что в ранний период развития зародыша у генов зародыша транскрипционная активность низкая. В зиготе гены не активны, будучи прочно связаны с основными белками-гистонами. Отсутствие активности генов в самом раннем развитии создает видимость того, что в этот период развитие контролируется факторами цитоплазмы. И действительно, запасание в ооплазме большого количества продуктов генной активности в период овогенеза (о чем говорилось в прошлой лекции) делает ооплазму относительно самостоятельной, способной определенное время обходиться без ядра. В многочисленных опытах роль ядра и цитоплазмы выяснялась путем микрохирургического удаления ядра или его разрушения. Исследования показали, что у видов, на которых проводились эти опыты, все факторы, необходимые для раннего развития вплоть до формирования бластулы и начальных этапов гаструляции, имеются в цитоплазме. Для прохождения этих стадий функционирование ядра в этот период не обязательно.

По мере развития активируются определенные группы генов. Включение в работу собственных генов по мере развития зародыша происходит не одновременно. Первыми активируются гены, обусловливающие способность клеток к пролиферации, и гены, регулирующие общий метаболизм клетки. По мере того как продолжается дробление и зародыш вступает в стадию гаструляции, начинают активироваться первые тканеспецифические гены. Уже в период гаструляции функционирование ядра необходимо. Позднее, в процессе гисто- и органогенеза, вступают в действие другие гены, которые регулируют более специфические функции клеток. Однако у разных видов животных транскрипционная активность генов повышается не одновременно и синтез РНК и белков начинается, соответственно, неодновременно. Это определяется во многом количеством питательных веществ в яйцеклетке. Так у зародышей амфибий в период дробления образуется очень мало новой РНК. И лишь при вступлении в стадию бластулы начинается синтез значительных количеств как иРНК, так и тРНК. У зародышей мышей синтез РНК начинается уже на стадии двух бластомеров, а уже на стадии четырех бластомеров синтезируются все основные типы РНК. В настоящее время имеются лишь отдельные указания на различия в синтезируемых РНК и белках в разных частях зародыша. Но эти данные свидетельствуют о количественных различиях и пока не ясно, существуют ли отличия между наборами РНК и белков, которые синтезируются в разных клетках раннего зародыша.

Теперь вернемся к морфогенезу при развитии. Морфогенез – это возникновение в процессе развития формы органа, формы организма. Это формирование внутренней и внешней конфигурации организма при эмбриональном развитии. Проблема морфогенеза является фундаментальной проблемой биологии и до сих пор она не разрешена, несмотря на самые изощренные возможности современной науки. Гипотеза о том, что до того как возникнут сами органы существуют некие биополя, которые уже имеют форму органов, по-видимому, так и останется неподтвержденной гипотезой. Очевидно, форма создается только благодаря специфическому поведению клеток и никаких сил, действующих «над» клетками, вне их не обнаружено и, по всей очевидности, не существует. Образование формы (морфогенез) складывается из многих отдельных молекулярных, клеточных событий и соответственно предполагает контроль со стороны множества генов. Понять механизмы формообразования можно только с позиции взаимодействия клеток при развитии, изменения их формы и поведения, которые и приводят к возникновению формы органов, какой бы сложной она не была. Какие же конкретные клеточные и системные механизмы определяют рост и формообразование (морфогенез) при эмбриональном развитии. К этим механизмам следует отнести: 1) деление (пролиферацию) клеток; 2) дифференцировку клеток; 3) морфогенетическое перемещение клеток; 4) эмбриональную индукцию; 5) сортировку и адгезию (слипание) клеток; 6) межклеточные взаимодействия; 7) программированную гибель клеток.

Пролиферация клеток. Важную роль в процессах онтогенеза играет деление клеток (размножение, пролиферация). Зигота, бластомеры и все соматические клетки делятся митозом. Пролиферация обеспечивает рост как отдельных частей зародыша, так организма в целом, играет значительную роль в обеспечении морфогенетических процессов. Размножение клеток протекает с разной интенсивностью в разное время эмбриогенеза и в разных структурах организма. По мере развития количество клеток, из которых состоит зародыш, увеличивается. Деление клеток на самых ранних стадиях развития происходит равномерно (синхронно). Но у одних видов раньше, у других позже эта синхронность нарушается и клетки, из которых образуются зачатки разных органов, начинают делиться с разной скоростью. В ходе гаструляции и всех последующих стадий развития становится очевидной избирательность пролиферации, т.е. клетки активно делятся преимущественно в определенных областях развивающегося организма. Эти различия в скорости деления можно рассматривать как одно из первых проявлений их дифференцировки. Размножение клеток, несмотря на всю его важность, нельзя считать основным механизмом морфогенеза. В создании форм деление клеток участвует косвенно, хотя такие важные параметры, как общая форма органа и его относительные размеры, могут регулироваться именно на уровне клеточных делений. В организме существуют механизмы, способные стимулировать клеточные деления, активизировать рост организма и приводить тем самым размеры органа в количественное соответствие с размерами всего организма. Механизмы, регулирующие деление клеток, интенсивно изучаются. Однако какими не были механизмы регуляции пролиферации клеток, необходимо рассматривать их программированный характер. Эти механизмы также генетически запрограммированы как все остальные процессы развития.

Дифференцировка клеток. Под дифференцировкой клеток понимают совокупность процессов в результате которых между клетками общего происхождения возникают стабильные морфологические, физиологические, биохимические различия, приводящие к специализации клеток, способных выполнять определенные функции. Дифференцировка клеток является важным молекулярным и клеточным механизмом индивидуального развития. Она является основой процесса дифференциации частей и структур зародыша, играет важную роль в морфогенезе. Важной задачей биологии индивидуального развития – выяснить, какие механизмы обусловливают возникновение различий между клетками в каждом конкретном случае и каковы общие закономерности процесса дифференцировки. Важный вклад в эту проблему внесла молекулярная биология. Было показано, что клеточная дифференцировка основана на различиях в наборе белков в клетках (структурных белков, белков-ферментов и др.), которые определяют остальные различия между клетками. Известно, что подавляющая часть белков даже у сильно отличающихся клеток одинакова. Эти белки нужны для жизнедеятельности любой клетки. Данную категорию белков общего типа, необходимых любой клетки, называют иногда «белками домашнего хозяйства». Различия в белковом составе клеток есть лишь в небольшой фракции узкоспециализированных белков, каждый из которых присутствует только в одном типе клеток. К таким белкам, в частности, относятся гемоглобин в эритроцитах, иммуноглобулины в клетках иммунной системы, актин и миозин в мышечных клетках и т. д. Эти белки и определяют особенности данных клеток. Как известно, спектр белков определяется набором функционирующих в клетке генов. Поэтому первопричина дифференцировки клеток – это появление различий в спектре активных генов. Это определяет различие в наборе белков в разных клетках и, в конечном итоге, все особенности дифференцирующихся клеток. Экспрессия тех или иных генов происходит избирательно в зависимости от типа клеток, этапа онтогенеза и других факторов. Но возникает вопрос: на каком уровне - структуры или функции генов определяются различия в спектре их активности в дифференцирующихся клетках. Поскольку набор, структура и расположение генов, которые исходно представлены в геноме зиготы, сохраняются такими же во всех дифференцированных клетках, можно сделать вывод, что фенотипические отличия разных клеток обычно возникают как результат дифференциального функционирования генов в разных клетках, а не их структурных изменений. Чем же вызывается дифференциальная экспрессия генов? Совершенно очевидно, что эти причины не могут лежать в самих генах – гены во всех клетках одинаковы, а клетки в тоже время развиваются в разных направлениях. Следовательно, те причины, которые вызывают в разных клетках активность разных генов, следует искать вне ядра, вне ДНК. Механизмы управляющие дифференцировкой находятся в основном на надгенетическом уровне. На самых ранних этапах развития, первой причиной, которая вызывает активацию генов в ядрах зародыша являются те различия в цитоплазме зиготы, которые связаны с ооплазматической сегрегацией (перемещением компонентов цитоплазмы яйцеклетки и зиготы, приводящей к ее гетерогенности). По мере дробления зиготы вновь образованные ядра расходятся в различные области цитоплазмы зиготы и оказываются окруженными различным ее составом. Это различное окружение и определяет дифференцальную активность генов в разных клетках зародыша, что, в свою очередь, приводит к синтезу разных белков и тем самым существенно изменит и свойства этих клеток. За счет ооплазматической сегрегации может возникнуть столько видов клеток, сколько в зиготе образовалось зон цитоплазмы. Таким образом можно объяснить только первичную дифференцировку и начальные этапы развития в виде гаструляции. Дальнейшея дифференцировка, т.е. появление различий между одинаковыми до того клетками - может быть достигнута только за счет воздействия на клетку из вне, со стороны других клеток. Межклеточные взаимодействия – важный механизм дифференцировки клеток на всех стадиях развития – от ранних и до взрослого состояния. Однако не зависимо от действующих факторов, которые вызывают дифференцировку, в конце концов они приводят к активации определенных наборов генов.

По мере развития зародыша в процесс дифференцировки вовлекается все большее число клеток. Дифферецированное состояние клеток устойчиво. Однажды возникнув, направление дифферецировки сохраняется в ряду поколений клеток. Считается, что дифференцировка в конечном итоге детерминирована, т.е. предопределена. Поэтому нередко для обозначения предопределенности и устойчивости дифференцировки используют термин «детерминация». Имеется и другое понятие, которое касается дифференцировки – «кометенция». Компетенцией называют способность клеток при соответствующих внешних воздействиях дифферецироваться в нескольких направлениях. Клетки, обладающие способностью к превращению в разные специализированные клетки называют стволовыми клетками. В эмбриогенезе компетенция стволовых клеток быстро меняется во времени (рис. 1). Например, на самых ранних стадиях дробления отдельные бластомеры могут развиваться во взрослый организм, т.е. они как зигота обладают тотипотентностью (равнонаследственностью). Такие стволовые клетки называют тотипотентными стволовыми клетками. Тотипотентные стволовые клетки способны формировать все эмбриональные и экстраэмбриональные типы клеток (в том числе половые). Такой способностью обладают: яйцеклетка, зигота и первые бластомеры при делении зиготы. На стадии бластулы клетки уже не проявляют тотипотентности, а становятся плюрипотентными или полипотентными. Они способны дифференцироваться в разных направлениях, давая различные типы клеток любого органа. В дальнейшем компетенция клеток меняется и они становятся унипотентными стволовыми клетками, способными образовывать только один тип дифференцированных клеток. Это обозначает, что они могут давать только строго определенные типы конечных дифференцированных клеток.

Рис. 1. Изменение компетенций в эмбриогенезе

На тканевом уровне дифференцировка проявляется в виде характерных морфологических изменений, происходящих в определенных группах клеток, в определенных участках организма и в определенное время. При этом группа клеток приобретает характерный вид и свойства. Этот процесс называют гистогенезом. Гистогенез не отделим от морфогенеза, поскольку они протекают, как правило, параллельно.

Перемещение клеток. Многие процессы формообразования происходят путем перемещения отдельных клеток. Например, миграция клеток на стадии гаструляции приводит к формированию зародышевых листков. Другой пример, мигрируя, мезодермальные клетки формируют сгущения клеток при образовании сомитов в осевой мезодерме. Как можно объяснить выбор направления движения клеток? Предполагают, что клетки двигаются, а точнее ползут, по какой-либо поверхности - субстрату. Таким субстратом является поверхность других клеток или неклеточные образования, сформированные другими клетками. Субстрат и определяет, по-видимому, маршрут движения клеток. Возможно в определении направления движения клеток играет роль и хемотаксис – движение клеток в направлении большей концентрации некоторых «привлекающих» клетку веществ. В ходе таких перемещений клетки занимают те позиции, в которых они дифференцируются в ткани различных органов. Кроме перемещения отдельных клеток, их групп многие процессы формообразования связаны с клеточными пластами, их перемещением. Для большинства клеточных пластов характерно стремление к расширению, распластыванию, обрастанию, замыканию в полый шар. Благодаря этим свойствам осуществляются многие процессы формообразования. Например, в ходе гаструляции подвижные клетки анимального полюса обрастают вокруг остальных частей зародыша. Но при формообразовании клеточные пласты способны не только к обрастанию. Они могут выгибаться наружу или внутрь. В результате изгибов эктодермального пласта у зародышей хордовых образуется нервная трубка. Она возникает как два валика, выгибающихся наружу. Валики сближаются, а желобок меду ними, напротив, прогибается внутрь и формируется нервная трубка – зачаток всей нервной системы. На следующем этапе за счет выгибания стенок нервной трубки в некоторых местах наружу образуются мозговые пузыри – зачатки отделов головного мозга. Можно заключить, что сложный морфогенез невозможен без участия программированных перемещений отдельных клеток и клеточных пластов, которые происходят в определенном порядке и последовательности.

Эмбриональная индукция. Большое значение в гистогенезе и морфогенезе имеет эмбриональная индукция. Под эмбриональной индукцией понимают взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором воздействие одной части (индуктора) изменяет развитие другой части зародыша. Часть зародыша, которая способна воспринимать индукционное воздействие и отвечать на него получила название индуцируемая (компетентная, реагирующая) ткань. Явление эмбриональной индукции было открыто немецким эмбриологом Г. Шпеманом в 1921 году в экспериментах на зародыше амфибий. Им был взят участок дорзальной губы бластопора, содержащий материал хордомезодермы зародыша на стадии ранней гаструлы и пересажен под боковую эктодерму другого зародыша той же стадии развития. У зародыша реципиента в месте пересадки развивался второй комплекс осевых органов (хорда, нервная трубка, сомиты). Иногда развитие завершалось даже развитием дополнительного зародыша. Это явление получило название первичная эмбриональная индукция (рис. 2).

Рис. 2. Первичная эмбриональная индукция

Участок хордомезадермы получил название первичный эмриональный индуктор, а эктодерма, воспринимающая воздействие и отвечающая формированием осевых органов представлял индуцируемую ткань.

Итак, первой и, вероятно, самой важной индукцией при развитии является влияние хорды и окружающей ее мезодермы (хордомезодермы) на лежащую над ней эктодерму во время гаструляции. Эта индукция приводит в конечном итоге к формированию центральной нервной системы. Последующие индукционные процессы, происходящие в зародыше, обычно называют вторичными индукциями. Как правило, при нормальном развитии индуктор в индуцируемой ткани вызывает новую, третью дифференцировку. Но иногда индуктор может уподобить индуцируемую часть зародыша себе, т.е. индуцируемая ткань будет развиваться в том же направлении, что и индуктор.

Каков механизм эмбриональной индукции? Наиболее вероятным механизмом индукционных влияний является внеклеточная диффузия индуцирующих веществ, вырабатываемых индуктором. Индуктор, по-видимому, выделяет, а клетки индуцируемой ткани получают индуцирующее вещество. Другие формы индукции, по всей вероятности, осуществляются в результате прямого контакта между клетками, либо через посредство внеклеточного матрикса, секретируемого взаимодействующими клетками. Что касается природы индуцирующих веществ, то имеющиеся данные указывают на их разную химическую природу. Индукция может реализоваться как при непосредственном контакте взаимодействующих частей зародыша, так и при дистантном действии индуцирующих веществ, которые мигрируют в клетки реагирующей ткани. Индуцирующие вещества способны включать и выключать определенные гены в клетках индуцируемой ткани, ответственных за синтез специфических белков, что и определяет направление развития (дифференцировки) индуцируемой части.

Межклеточные взаимодействия. В процессе развития кроме индукционных имеют место и другие взаимодействия частей развивающегося организма, так называемые, межклеточные взаимодействия. Межклеточные взаимодействия играют важную роль на всех этапах индивидуального развития. Способы межклеточных взаимодействий разнообразны. Во-первых, клетки могут взаимодействовать посредством прямых межклеточных контактов своими мембранами. При этом одна клетка индуцирует изменение в другой клетке. Во-вторых, клетки могут взаимодействовать за счет диффузии веществ от одной клетки к другой. Третий тип взаимодействия клеток через посредство внеклеточного матрикса (рис. 3).

Рис. 3. Межклеточные взаимодействия

При межклеточных взаимодействиях клетки приобретают как бы «дополнительную» информацию в развитии. Результатом этого может быть изменение движения клеток, их пролиферации и других видов клеточной активности. Межклеточные взаимодействия являются важным фактором активации специфических генов и индукции клеточной дифференцировки. Внешние сигналы, поступающие от других клеток, а также от структур внеклеточного матрикса, играют определяющую роль в выборе клеткой направления дифференцировки. Контактные взаимодействия между клетками важны для дифференцировки на всех стадиях развития. Непосредственные контакты клеток и контакты, опосредованные матриксом, не могут обеспечить все усложняющиеся по мере развития взаимосвязи между клетками и тканями. Кроме них выработался механизм, обусловливающий дистантное взаимодействие между клетками посредством специальных факторов. К числу таких факторов относятся факторы роста, различные нейромедиаторы, гормоны и др. Важную роль в развитии играют гормоны. Гормоны – это биологически активные вещества, которые синтезируются в одном органе, а действуют на клетки других органов. Они выделяются в кровь, разносятся по всему организму, но действуют только на определенные клетки («клетки-мишени), имеющие рецептор к данному гормону. В разных клетках-мишенях гормоны воздействуют на различные группы генов, вызывая различный эффект. В период закладки зародышевых листков и зачатков основных органов собственные гормоны еще не продуцируются эмбрионом и регуляция процессов развития осуществляется в результате индукционных взаимодействий контактирующих клеток, а в какой-то степени гормонами матери. Во время гисто- и органогенеза появляются собственные гормоны, роль которых постепенно возрастает. Надо иметь в виду, что гормоны не вызывают различий между одинаковыми клетками и, следовательно, не вызывают дальнейшей дифференцировки. Они не могут в принципе увеличить в организме число видов клеток и тканей. Этим они отличаются от индукторов и других факторов дифференцировки. Однако гормоны являются факторами, усиливающими дифференцировку, способствующими продвижению клеток по пути дальнейшей специализации. В целом биологическая роль гормонов сводится к координации процессов развития.

Сортировка и адгезия клеток. Сортировка и адгезия клеток – один из основных первичных процессов, который должен иметь место на каждой стадии эмбрионального развития. Этот процесс лежит в основе выделения и объединения клеток одного типа, что приводит к образованию скоплений и пластов только определенных клеток. Адгезия должна иметь место на каждой стадии эмбрионального развития. Ведь без прикрепления определенных клеток друг к другу не может возникнуть форма. Этот механизм уже четко проявляется при формировании зародышевых листков в ходе гаструляции. Клетки каждого зародышевого листка имеют избирательное родство друг к другу. Кроме того, внутренняя поверхность эктодермы имеет положительное родство к мезодермальным клеткам, но отрицательное родство к энтодермальным клеткам. Мезодерма в свою очередь обладает положительным родством и эктодерме, и к энтодерме. Поэтому она является средним зародышевым листком, который находится между эктодермой и энтодермой (рис. 4).

Рис. 4. Сортировка и адгезия клеток

Сортировка и адгезия клеток играет важную роль и при образовании структур в органогенезе. Установлено, что избирательная сортировка и адгезия клеток обеспечивается наличием на клеточной поверхности особых молекул, получивших название молекул адгезии клеток (МАК). Эти молекулы представляют собой сложные белки (гликопротеиды), содержащие углеводные остатки. Молекулами адгезии клеток обеспечивается слипание клеток, ведущее к формированию генетически запрограммированных структур эмбриона. МАК, связанные с поверхностью клеток, обеспечивают механическое взаимодействие клеток друг с другом. Так, в начале дробления бластомеры располагаются рыхло. Затем бластомеры сближаются и прижимаются друг к другу. Эту объединяющую роль выполняют МАК. Полагают, что существует порядка ста МАК. Выделено несколько типов молекул адгезии клеток. Картина распределения различных МАК в клетках эмбриона меняется во времени, с течением времени одни МАК появляются, другие исчезают. В ходе развития гены МАК «включаются» и «выключаются» в определенной последовательности. Эти события имеют свою топографию, временное расписание и локализацию. Выделяют два механизма с помощью которых МАК осуществляют взаимодействие и слипание разных клеток: гомофильный и гетерофильный (рис. 5). При гомофильном механизме молекулы адгезии одной клетки связываются с молекулами того же типа соседней клетки. При гетерофильном – две клетки имеют на своей поверхности разные типы молекул адгезии, которые также связываются между собой.

Рис. 5. Механизмы клеточной адгезии

Механизм избирательной сортировки и адгезии лежит в основе многих процессов органогенеза, в частности формирования мышечных волокон при слипании клеток-миобластов, установления контактов между аксонами клеток сетчатки и нейронами других отделов зрительного анализатора и т.д. Таким образом, сортировка клеток и их избирательная адгезия играют важную роль на протяжении всего эмбрионального развития, начиная с самых ранних этапов. Благодаря этому, наряду с другими процессами, в ходе эмбрионального развития формируются полноценные функциональные структуры.

Гибель клеток. Может показаться противоречивым, но в эмбриональном развитии играют важную роль процессы разрушения и гибели клеток. Гибель клеток – совершенно необходимый компонент многих стадий развития. Особое значение гибель клеток имеет для многих формообразовательных процессов. У млекопитающих процессы клеточной гибели обнаружены уже в раннем эмбриогенезе. У крысы, например, наблюдается гибель и распад отдельных бластомеров морулы. Полагают, что эти процессы обусловливают развитие бластоцисты. У мышей на стадии бластоцисты погибает 6-8 клеток, т.е. до 10% всех клеток зародыша. Наиболее щироко гибель клеток у эмбрионов проявляется при миграции клеточных пластов, образовании полостей и просветов, разделении различных закладок органов. На гибели клеток основано образование пальцев в зачатках кисти передних и задних конечностей. Между зачатками пальцев происходит массовая гибель клеток, за счет которой пальцы отделяются друг от друга (рис. 6).

Рис. 6. Гибель клеток

Образование полостей сосудов, которые первоначально представляют собой тяжи клеток, разделение верхнего и нижнего век и многие другие процессы имеют в своей основе механизм избирательной клеточной гибели. Каков механизм клеточной гибели? Различают два принципиально различных типа клеточной гибели: некроз и апоптоз. Некроз – это гибель клеток, которая развивается при воздействии внешних по отношению к клетке повреждающих факторов. (гипоксия, гипертермия, механические воздействия и др.). Начинается некроз с повреждения мембран, что приводит к разрушению органелл, высвобождению лизосомальных ферментов и выходу содержимого цитоплазмы в межклеточное пространство. Апоптоз – программированная гибель клеток, являющаяся результатом реализации ее генетической программы. Начинается процесс апоптоза не с повреждения мембран, а с деградации хроматина ядра и последующего разрушения клетки. Апоптоз – это многоступенчатый процесс, требующий скоординированной регуляции экспрессии многих генов. Именно с апоптозом связана гибель клеток при эмбриогенне. Нарушение механизма программированной гибели клеток в эмбриогенезе приводит к формированию аномалий развития. К таким аномалиям относится синдактилия (сращение пальцев), полидактилия (многопалость). Кстати, резорбция личиночных органов при метаморфозе у головастиков, например хвоста, тоже происходит путем апоптоза.

Итак, мы рассмотрели отдельные процессы эмбрионального развития. Однако надо иметь ввиду, что все эти процессы протекают совместно с чем связана целостность онтогенеза. Все выше рассмотренные процессы развития протекают на фоне их интеграции в единый целостный, сбалансированный процесс. Именно сочетание интеграции, упорядоченности с усложнением и отличает все этапы эмбрионального развития.

Роль наследственности и среды в эмбриональном развитии. Критические периоды развития. Тератогенные факторы.

Ранее отмечалось, что индивидуальное развитие следует рассматривать как процесс реализации генетической программы, полученной от родителей через половые клетки. Это относится, совершенно очевидно, и к эмбриональному периоду развитию. Набор генов, полученный при оплодотворении, обеспечивает развитие из зиготы целого организма. Реализацию генетической программы при эмбриональном развитии надо рассматривать как динамический процесс с постоянно меняющимися спектрами экспрессирующихся генов в зависимости от стадии развития (стадии дифференцировки). В целом генетический контроль развития подразумевает строго упорядоченную и скоординированную во времени и пространстве экспрессию огромного числа генов. О значении генетического контроля онтогенеза говорят многочисленные наследственные болезни, которые связаны с генными и хромосомными мутациями. Кроме генетических на развитие оказывают значительное влияние средовые факторы. Во-первых, на протяжении всего периода эмбриогенеза на развитие оказывает влияние материнский организм, который для зародыша является внешней средой и от состояния этой среды зависит его развитие. Так, недостаток витаминов группы В у матери может быть причиной дефектов в строении печени и сердца плода, витамина С – дефектов нервной системы. Заболевание матери краснухой в начале беременности приводит к возникновению пороков органа зрения и слуха, пороков сердца. При недостаточности у матери функции щитовидной железы происходит гипертрофия (чрезмерное увеличение) ее у эмбриона, что ведет к нарушению деятельности железы у ребенка в постэмбриональном онтогенезе. На развитие организма влияют факторы внешней среды. К внешним факторам относятся физические (радиация, электромагнитные поля и др.), химические (яды, алкоголь, никотин, наркотические вещества и др.), биологические (инфекционные и паразитарные агенты). На любом этапе эмбрионального развития может проявляться пагубное действие различных факторов. Однако выделяют определенные периоды, так называемые критические периоды эмбрионального развития, в которые развивающийся организм особенно чувствителен к неблагоприятным факторам. Для человека к таким периодам относятся имплантация зародыша в стенку матки, формирование плаценты, процессы нейруляции, начальные этапы органогенеза, роды. Многие факторы, действующие в период эмбриогенеза, могут вызывать аномалии развития (отклонения от нормы, не вызывающие нарушения функций), пороки развития (изменение строения органов, приводящие к нарушению их функций) и даже уродства. Факторы, приводящие к нарушению развития, получили название тератогенные факторы.