иии / мроекулярная биология клетки / Глава4

21

ПРАКТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ

МИКРОПРЕПАРАТЫ. ПОЛОВЫЕ КЛЕТКИ. НАЧАЛЬНЫЕ ЭТАПЫ ЭМБРИОГЕНЕЗА

1. Сперматозоид

Сперматозоиды разных видов животных имеют похожее строение с некоторыми отличиями. Например, форма головки может быть шарообразной, как у сперматозоида морской свинки (рис. 4-9), или палочковидной, как у сперматозоида лягушки. По количеству жгутиков встречаются сперматозоиды, имеющие несколько жгутиков (некоторые ракообразные) или не имеющие жгутика. Сперматозоиды круглых червей имеют амебоидную форму и передвигаются с помощью псевдоподий.

2. Яйцеклетка

Размер и строение яйцеклетки зависят от количества и распределения желтка в цитоплазме. Алецитальная яйцеклетка не содержит желтка, встречается у плоских червей. Яйцеклетка млекопитающих содержит мало желтка (олиголецитальная) (рис. 4-10). Мезолецитальная яйцеклетка содержат среднее количество желтка (осетровые рыбы, амфибии), а полилецитальная — большое количество (членистоногие, рыбы, рептилии, птицы). В олиголецитальных яйцеклетках желток распределён равномерно (гомо-, изолецитальный тип). В полилецитальных и мезолецитальных яйцеклетках желток может быть смещён к одному из полюсов (вегетативному), тогдакак противоположный полюс яйцеклет-

Рис. 4-9. Сперматозоид морской свинки. В округлой головке клетки чётко различимы ядро и акросома. От шейки начинается утолщённая часть хвостика — тело сперматозоида, продолжающееся в хвостовую нить.

22

ки (анимальный) свободен от желтка — такие яйцеклетки относятся телолецитальному типу. Центролецитальный тип яйцеклетки характерен для полилецитальных клеток, в которых желток расположен в центре яйцеклетки.

На микропрепарате (яичник кошки) под малым увеличением микроскопа найти фолликул, содержащий яйцеклетку (рис. 4-10). Под большим увеличением рассмотреть фолликул, различить и обозначить на рисунке структуры яйцеклетки (плазмолемму, желточные гранулы в цитоплазме, ядро с ядрышком), прозрачную оболочку, лучистый венец (оболочка из фолликулярных клеток).

Рис. 4-10. Яйцеклетка млекопитающего. Яичник содержит многочисленные фолликулы (пузырьки), содержащие яйцеклетки (овоциты). В зрелом фолликуле овоцит первого порядка находится внутри возвышения — яйценосного бугорка (cumulus oophorus). Кнаружи от плазматической мембраны овоцита видна толстая прозрачная оболочка (zona pellucida), к которой примыкает несколько слоёв фолликулярных клеток, образующих лучистый венец (corona radiata). Крупное ядро яйцеклетки имеет округлую формуи занимает центральное положение. В ядре хорошо заметны ядрышки. Цитоплазма овоцита содержит распределённые равномерно немногочисленные желточные включения и примембранные кортикальные гранулы [из Gilbert S.F., 1985].

23

3. Мейоз яйцеклетки конской аскариды

На препарате представлен поперечный срез через зону роста половой трубки самки конской аскариды (круглый червь). Видны овоциты, покрытые трёхслойной оболочкой (внутренний слой — липидный, наружный — белочный и средний — хитиновый). В стадии пролиферации и роста диплоидный набор овоцита состоит из двух пар гомологичных хромосом (рис. 4-11).

Овоцит 1 порядка в профазе первого деления мейоза. На этой стадии мейоза каждая хромосома уже удвоилась и состоит из двух хроматид, а гомологичные хромосомы конъюгируют с образованием тетрад. Ядерная оболочка овоцита распалась, на месте ядра видны две тетрады. Сперматозоид уже проник в овоцит, его пронуклеус достигает центра клетки, где остается в покоящемся состоянии до окончания созревания яйцеклетки. Пронуклеус сперматозоида содержит две хромосомы и имеет вид тельца с расплывчатыми контурами.

Овоцит 2 порядка. Произошло первое (редукционное) деление мейоза. В овоците2 порядка остались двенегомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид. Две другие хромосомы, также состоящие из двух хроматид, вместе с небольшим участком цитоплазмы овоцита образуют первое направительное тельце, которое отделяется от овоцита и остаётся под его оболочкой. В центре клетки виден пронуклеус сперматозоида.

Зрелая яйцеклетка. Произошло второе(эквационное) деление мейоза. В овоците остаются две хроматиды, представляющие гаплоидный набор хромосом, и пронуклеус сперматозоида с гаплоидным набором

Рис. 4-11. Созревание яйцеклетки конской аскариды. А — овоцит первого порядка; Б — овоцит второго порядка; В — зрелая яйцеклетка.

24 хромосом. Дведругие хроматиды образуют второенаправительное тель-

це, которое также остаётся под оболочкой яйцеклетки.

4. Эмбриогенез лягушки

Микропрепарат изучить под большим увеличением. Найти и зарисовать стадии формирования бластулы (рис. 4-12).

Стадия двухбластомеров. Перваяборозда дробления (меридиональная) постепенно распространяется от анимального до вегетативного полюса. Зигота делится полностью (полное дробление), в результате образуется две одинаковые по размеру дочерние клетки (равномерное дробление). При этом не происходит увеличения бластомеров и сохраняется размер зиготы.

Стадия четырёх бластомеров. Вторая борозда дробления проходит меридионально перпендикулярно первой. В результате второго деления образуется четыре одинаковых по размеру бластомера (дробление полное равномерное). По объёму бластомеры в четыре раза меньше зиготы.

Морула. Третья борозда дробления проходит по широте и смещена к анимальному полюсу, что обусловлено загруженностью желтком вегетативного полюса. На 8-клеточной стадии появляется различие в размерах бластомеров.Врезультатеполного неравномерного дробления образуются четыре анимальных бластомера, значительно меньших по объёму четырёх вегетативных клеток. Следующие две меридиональные борозды возникают одновременно,при этом образуются 16 бластомеров. Следующие две одновременные широтные борозды приводят к образованию 32-кле- точной стадии. Далее чередуются четыре одновременных меридиональных и четыре одновременных широтных борозд дробления, в результате чего появляется 128-клеточный зародыш. Однако, после 64-клеточной стадии геометрическая прогрессия нарушается. Клетки анимального полюса, бедные желтком, делятся быстрее клеток вегетативного полюса, нагруженных желточными включениями.

Бластула. По мере увеличения количества бластомеров клетки расходятся и между ними формируется полость, которая заполняется жидкостью. У амфибий в результате полного неравномерного дробления образуется амфибластула. Бластоцель амфибластулы располагается асимметрично (смещён к анимальному полюсу). Бластодерма (стенка бластулы) имеет разную толщину за счёт различия в количестве слоёв и размеров бластомеров. Ванимальной части, в области крыши, мелкие клетки образуют 1-3 слоя клеток. В вегетативной части, в области дна, толстая стенка образована крупными, загруженными желточными гранулами, клетками. Вэкваториальной (краевой) зоне, междукрышей и дном

25

Рис. 4-12. Дробление и образование бластулы лягушки [из Кнорре А.Г., 1959].

амфибластулы, бластодерма представлена 3-5 слоями промежуточных по размеру клетками.

5. Эмбрион курицы на стадии образования осевых зачатков органов.

На поперечном срезе (поздняя нейрула) видны эктодерма, энтодерма, нервная трубка, лежащая под ней хорда; по обе стороны от нервной трубки и хорды располагаются утолщённая дорсальная мезодерма, небольшой участок промежуточной мезодермы и в виде двух листков — латеральная мезодерма (рис.4-13). Все перечисленные структуры найти на препарате, зарисовать и обозначить.

26

Рис. 4-13. Эмбрион курицы на стадии образования осевых зачатков органов —поперечный срез [из Ham A.G.,Veomett M.J., 1980].

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ СПЕРМАТОЗОИДОВ. МУЛЯЖИ НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПОВ ЭМБРИОГЕНЕЗА

ЛАНЦЕТНИКА

1. Живые сперматозоиды лягушки

Фрагмент семенника лягушки погрузить в физиологический раствор, перемешать стеклянной палочкой, слегка надавливая на семенник, в результате чего выделяется молочно-белая жидкость. Каплю полученной жидкости нанести на предметное стекло и покрыть покровным стеклом. Под малым увеличением микроскопа найти хаотично двигающиеся сперматозоиды (рис. 4-14). Обратить внимание на хлыстообразное биениехвостикасперматозоида при его движениии палочковидное строение его головки.

Рис. 4-14. Сперматозоид лягушки. Клетка имеет головку палочковидной формы, вытянутое тело и хлыстообразно изгибающийся при движении хвостик.

27

2. Развитие ланцетника

Представитель хордовых ланцетник (Amphioxus lanceolatus) — небольшое животное, имеющее ланцетовидное тело, заострённое к переднему и заднему концам. Яйцевые клетки ланцетника содержат сравнительно мало равномерно распределённых желточных включений (олиголецитальные изолецитальные яйцевые клетки). Для олиголецитального и изолецитального яйца ланцетника характерно полное несколько неравномерное и синхронное дробление. В результате дробления образуются клетки, называемые бластомерами. По мере увеличения количества бластомеров зародыш приобретает форму пузырька — бластулы (рис. 4-15). Стенка бластулы (бластодерма) представлена одним слоем клеток. Полость бластулы — бластоцель. В бластуле различают крышу и дно, сформированное более крупными бластомерами.

Следующая стадия развития ланцетника — гаструляция. Гаструляция начинается инвагинацией (впячиванием) дна бластулы в бластоцель, что приводит к образованию двухслойного зародыша. Бластоцель исчезает. Образуется первичный рот — бластопор, аналог первичной полоски у птиц и млекопитающих. Мезодерма (промежуточный зародышевый листок) образуется путём обособления от энтодермы. Она расположена между эктодермой и энтодермой. Параллельно с обособлением хорды как следствие первичной эмбриональной индукции происходит нейруляция. Далее осуществляется формирование зачатков осевых органов (хорда, нервная трубка).

Рис. 4-15. Образование гаструлы ланцетника. А — стадия 8 бластомеров; Б — морула; В — бластула; Г — ранняя гаструла; Д — поздняя гаструла [из Conklin E.G., 1932].

28

С помощью муляжей разобрать и зарисовать образование гаструлы (рис. 4-15), процессы закладки осевых структур и нейруляции (рис. 4- 16).

Рис.4-16. Нейруляция уланцетника (поперечные срезы). А— по-

здняя гаструла; Б — начало нейруляции; В, Г — нейрула [из Conklin E.G., 1932].

29

ТИПОВЫЕ ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

Пояснение. За каждым из перечисленных вопросов или незаконченных утверждений следуют обозначенные буквой ответы или завершения утверждений. Выберите один ответ или завершение утверждения, наиболее соответствующее каждому случаю.

1.Яйцеклетка человека относится к:

(А)Алецитальным

(Б) Олтголецитальным

(В) Центролецитальным

(Г) Полилецитальным

(Д)Телолецитальным

2.Укажите тип дробления зиготы человека:

(А) Меробластический

(Б) Голобластический

(В) Полный неравномерный

(Г) Дискоидальный

(Д)Радиальный

3.В результате гаструляции образуются:

(А) Первичные зародышевые листки

(Б) Хорда

(В) Нервная трубка

(Г) Бластоцель

(Д)Сомиты

4.На какой стадии мейоза образуетсясинаптонемальный комплекс, обеспечивающий конъюгацию хромосом?

(А) Лептотена

(Б) Зиготена

(В) Пахитена

(Г) Диплотена

(Д)Диакинез

5.Укажите правильное чередование оболочек яйцевой клетки млекопитающих:

(А) плазмолемма — прозрачная оболочка — лучистый венец

(Б) лучистый венец — плазмолемма — прозрачная оболочка

(В) плазмолемма — лучистый венец — прозрачная оболочка

(Г) прозрачная оболочка — лучистый венец — плазмолемма

(Д)прозрачная оболочка — плазмолемма — лучистый венец

6.Укажите правильное чередование основных стадий развития:

(А) морула — бластула — органогенез — гаструла

30

(Б) дробление — гаструла — бластула — органогенез

(В) зигота — гаструла — бластула — органогенез

(Г) зигота — морула — бластула — гаструла — органогенез

(Д) бластула — морула — гаструла — органогенез

Пояснение. Каждый из нижеприведённых вопросов содержит четыре варианта ответов, из которых правильными могут быть один или сразу несколько. Выберите:

A— если правильны ответы 1, 2 и 3 Б — если правильны ответы 1 и 3 В — если правильны ответы 2 и 4 Г — если правилен ответ 4

Д— если правильны ответы 1, 2, 3 и 4

7.Производные зародышевых листков. Выберите правильные утверждения:

(1) дерматом происходит из мезодермы

(2) нервная трубка происходит из дорсальной эктодермы

(3) энтодерма даёт начало эпителиальной выстилке пищеварительной и дыхательной системы

(4) склеротом составляет часть сомита

8.Кортикальные гранулы:

(1)расположены по периферии овоцита

(2)содержат ферменты (различные гидролазы)

(3)их содержимое выделяется тотчас после оплодотворения

(4)действуя на клетки лучистого венца, блокируют доступ сперматозоида к яйцеклетке

9.Акросома. Выберите правильные утверждения:

(1)мембранный органоид

(2)продукт комплекса Гольджи

(3)биохимический аналог лизосом

(4)содержит протеазы, липазы и фосфатазы

10.Акросомная реакция:

(1)это слияние во многих местах наружной мембраны акросомы с плазматической мембраной

(2)обеспечивает проникновение сперматозоида через прозрачную оболочку

(3)наступает после прочного связывания сперматозоида со своим рецептором в прозрачной оболочке

(4)это разновидность экзоцитоза