(Amphibia) [в формате ~245Kb]

Практические занятия.
Тема 9. РАЗВИТИЕ ЛЯГУШКИ (RANA TEMPORARIA)
Земноводные (кл. Amphibia) – классический объект
эмбриологии. В последние десятилетия они стали еще
более популярны благодаря изучению развития шпорцевой лягушки Xenopus laevis методами молекулярной
генетики, цитологии, иммуноцитохимии, в результате
чего были получены данные, принципиально изменившие представления о механизмах пространственной организации развития, морфогенезе, взаимной зависимости частей развивающегося зародыша.
Яйца Земноводных телолецитальные, мезолецитальные, диаметром от 2 мм,
пигментированы меланином в анимальном полушарии, снаружи покрыты набухающей
студенистой оболочкой. Оплодотворение у Земноводных может быть внутренним
(Apoda и Urodela) или наружным (Anura). Для представителей Urodela характерна
полиспермия.
При оплодотворении у Anura спермий входит в любом месте анимального полушария, вызывая направленные цитоплазматические движения: ротацию кортикальной цитоплазмы, которая смещается, образуя с противоположной стороны серый серп.
При этом транспорт молекулярных факторов роста и дифференцировки (активины, Vg1
и др.) с помощью системы микротрубочек определяет будущую дорсальную сторону
зародыша. При этом радиально-симметричное яйцо превращается в билатеральносимметричный зародыш.
Дробление радиально-симметричное, голобластическое, неравномерное; по мере
дробления формируется бластоцель, со 128 клеток – бластула. Благодаря плотным контактам в апикальных частях поверхностных бластомеров обособляется особая внутренняя среда зародыша, образующаяся благодаря секреторной активности бластомеров. Со
стадии МВТ (средняя бластула) индукционные сигналы способствуют спецификации
материала мезодермы. Презумптивная мезодерма – это глубинные клетки в экваториальной области бластулы.
Гаструляция начинается на стадии нескольких тысяч клеток. В результате морфогенетических перемещений материал различных зачатков зародыша занимает определенное положение в соответствии с осевым распределением молекулярных факторов
роста и дифференцировки. Эти перемещения прослежены с помощью методов клеточного маркирования, которые позволили нанести карту зачатков на поверхность бластулы и спроецировать их на стадию формирования осевого комплекса зачатков зародыша. Инициация гаструляции происходит на вегетативной границе серого серпа, где погружение бутылковидных клеток приводит к образованию бластопора, затем эти клетки уплощаются, и основная роль в гаструляционных перемещениях клеток переходит к
глубинным клеткам дорсальной стенки бластулы, которые, перемещаясь по внутренней
поверхности крыши бластоцеля, способствуют вытягиванию архентерона в краниокаудальном направлении. Инволюирующая маргинальная зона образует крышу архентерона, а суббластопоральные богатые желтком вегетативные бластомеры образуют его
дно.
В результате к о н в е р г е н т н о г о у д л и н е н и я
и интеркаляции
глубинные клетки формируют узкую длинную полосу – зачаток хордомезодермы, его
центральная часть впоследствии обособляется в виде хордальной пластинки от мезодермы сомитов и движется к анимальному полюсу. Поверхностные клетки (проспективная эктодерма) в результате клеточных делений, радиальных интеркаляций и уплощения формы распространяются (э п и б о л и я ) к вегетативному полюсу. Таким образом, достигается характерное расположение трех зародышевых листков (эктодерма
снаружи, эндодерма внутри и между ними мезодерма), необходимое для дифференцировки органов.
Зародыш несколько уплощается с дорсальной стороны и вытягивается в переднезаднем направлении; развитие переходит в фазу н о т о г е н е з а (становление осевого
комплекса зачатков). Практически одновременно начинается утолщение нейральной
пластинки (в результате превращения кубического эпителия в цилиндрический),
обособление медиальной области дорсального свода архентерона в виде компактного
тяжа клеток осевой мезодермы – нотохорда, смыкание боковых участков первичной
кишки (у Хвостатых амфибий - Urodela) и уплотнение параксиальных областей мезодермы. В это время вся мезодермальная мантия подразделяется на уже упомянутую параксиальную мезодерму (э п и м е р ), промежуточный участок (м е з о м е р , в последствие
– н е ф р о т о м ) и охватывающий обширную первичную кишку г и п о м е р или
спланхнотом.
Вскоре латеральные участки нейральной пластинки, не утрачивая связь с материалом покровной эктодермы, начинают приподниматься над медиальной областью,
образуя нейральные валики. Эти валики сближаются, высота их над медиальной обла2
стью увеличивается, они превращаются в нейральные складки; нейральная пластинка
преобразуется в нейральный желобок. Сближение валиков в центральной зоне пластики происходит с большей скоростью, чем в каудальной и, тем более, в будущей головной области (стадия средней нейрулы).
Наконец, дорсальные участки нейральных складок приходят в соприкосновение,
и нейральный желобок замыкается в нейральную трубку. Такой способ образования
нейральной трубки (посредством инвагинации нейральной пластинки) получил название п е р в и ч н о й н е й р у л я ц и и . Одновременно над нейральной трубкой смыкаются края покровной эктодермы (поздняя нейрула). В месте этого смыкания образуются клетки нейрального гребня. Нейральная трубка ещё некоторое время сохраняет просвет на самом переднем конце тела – т.н. нейропор, а на заднем конце нейроцель сообщается с полостью первичной кишки в виде нейро-кишечного канала. У Земноводных
деление головного мозга на отделы задерживается по сравнению с другими позвоночными и приходится на конец эмбрионального периода. Гаструляция продолжается и во
время нейруляции, но теперь она сводится к инволюции остаточного материала дорсальной губы бластопора, приводящей к образованию недифференцированного агрегата клеток разной судьбы в районе т.н. хвостовой почки. По мере роста хвостовой почки
каудальнее нейро-кишечного канала из массы недифференцированных клеток происходит постепенное вычленение хорды, сомитной мезодермы и комплекса клеток нейрального зачатка, в котором схизоцельным способом образуется центральный просвет.
Такой способ образования нейральной трубки носит название в т о р и ч н о й н е й р у л я ц и и . Под основанием хвостовой почки располагается анальное отверстие.
К моменту завершения образования нейральной трубки в туловищном отделе
зародыша в параксиальной мезодерме начинается процесс сегментации с образованием
по обе стороны от хорды и нейральной трубки плотных блоков мезодермальных клеток
– с о м и т о в . Сегментация мезодермы – ритмический процесс - имеет строгую ориентацию, она осуществляется в направлении от переднего к заднему концу тела с более или
менее постоянной скоростью. В том же направлении происходит дифференциация сомитов, первым этапом которой является подразделение сомита на миотом, дерматом и
склеротом. В каждый момент времени более зрелые (дифференцированные) сомиты
располагаются краниально по отношению к только что выделившимся.
Рост зародыша сопровождается дифференцировкой всех зачатков в передней части, распространяющейся в заднем направлении. Среди прочих в головном отделе
оформляется жаберная пластинка в виде вздутия эктодермы по обеим сторонам от пе3
реднего отдела кишки. Эндодерма по бокам этого отдела в горизонтальном направлении даёт 6 пар узких выростов – эндодермальные составляющие жаберных щелей.
Впереди от жаберных пластинок на голове намечаются два боковых выступа – формирующиеся глазные пузыри. Ниже их и ближе к средней линии образуются обонятельные ямки. А ещё ниже по средней линии закладывается стомодеум. В задней части головы по бокам вентральной средней линии (на уровне первой и второй жаберных дуг) в
виде глубоких впячиваний, выделяющих слизистый секрет, обнаруживаются две присоски.
Сразу позади жаберной пластинки на уровне верхних контуров жаберных щелей
по бокам тела появляются две выпуклости, отражающие образование под эктодермой
валикообразных продольных выступов нефротомов, представляющих передние концы
правого и левого п р о н е ф р и ч е с к и х п р о т о к о в , соединенных с самыми передними
нефридиальными канальцами (т.е. с пронефросом или предпочкой). Эти изменения сопровождают смещающуюся в заднем направлении сегментацию параксиальной мезодермы. К этому моменту сомиты отчётливо видны снаружи. По мере сегментации и
дифференциации миотомов и нефротомов зачаток пронефрического протока достигает
задней части туловища, где соединяется с кишкой.
Мезенхима вентральной половины тела сначала покрывает эндодерму ровным
слоем, который с ростом эмбриона разрыхляется и распадается на сеть кровяных островков, дающую начало кровеносным сосудам. Клетки, детерминированные в направлении образования сердца, могут быть выявлены уже на стадии гаструлы. Закладка
с е р д ц а , собственно, происходит тоже очень рано. У Земноводных, как и у Круглоротых зачаток сердца с самого начала непарный, у других Позвоночных сердце развивается из двух топографически разобщённых половинных закладок.
Результатом описанных изменений при формировании осевого комплекса зачатков является т.н. ф а р и н г у л а - филотипическая стадия в развитии Позвоночных.
Рассмотрим гистологические препараты, иллюстрирующие раннее развитие Лягушки.
1. Бластомерная бластула (срезы). Отметить эксцентрично расположенный бластоцель, однослойную крышу бластоцёля, различия в размерах бластомеров.
2.
Эпителиальная бластула (срезы). В результате деления клеток бластомерной
бластулы параллельно поверхности и в косом направлении стенка бластулы ста4
новится многослойной, поверхностный слой эпителизируется. На рисунке отметить бластоцель, смещенный к анимальному полюсу, различия между бластомерами («анимальную шапочку» и крупные вегетативные бластомеры).
3. ДЕМОНСТРАЦИЯ. Инициация гаструляции (сагиттальный срез). На рисунке отметить бутылковидные (колбовидные) клетки по форонту щелевидного
бластопора. Над ними по направлению к анимальному полюсу находится инволюирующая маргинальная зона, а к вегетативному – материал будущей желточной пробки; эти части зародыша дадут энтодерму архентерона. Край углубления – дорсальная губа бластопора.
4. Гаструла на стадии формирования желточной пробки (тотальный препарат). Через дорсальную губу бластопора у Лягушки происходит инволюция материала маргинальной зоны; край, через который идет инволюция клеточного
слоя с поверхности зародыша внутрь, увеличивается и вместо короткой щели
принимает вид подковы – появляются боковые губы бластопора. Вследствие
эпиболии бластопор смещается в вегетативном направлении. Все новые участки
бластодермы заворачиваются внутрь, образуется вентральная губа, так что бластопор становится кольцевым, он окружает оставшуюся не погруженной внутрь
часть желтка, то есть желточную пробку.
5. Поздняя гаструла (сагиттальный срез). На этой стадии бластопор уже кольцевой: срез прошел через дорсальную губу бластопора, желточную пробку и вентральную губу. Желточная пробка служит дном архентерона, а его крыша образована эндодермальным эпителием, инволюировавшим из субэкваториальной
маргинальной зоны на дорсальной стороне. Передняя (погрузившаяся первой)
часть архентерона состоит из плоских клеток, бывших в начале гаструляции бокаловидными. Между эктодермой и энтодермой располагается мезодерма. В
дорсальной стороне это хордомезодерма, над ней – материал нервной пластинки. На рисунке отметить дорсальную и гораздо менее выраженную вентральную
губы бластопора, материал будущей нейральной пластинки и хорды, эпидермис,
гастроцель, остатки бластоцеля, желточную пробку, архентерон.
6. Нейрула (тотальный препарат). В ходе нейруляции у Лягушки эктодерма по
краям нервной пластинки, расположенной над хордой, приподнимается в виде
валиков (нервные валики), которые сближаются и срастаются, образуя нервную
трубку – зачаток ЦНС. На переднем конце нервная пластинка (а затем нервная
трубка) расширены. Здесь будет формироваться головной мозг. По средней линии в месте смыкания валиков образуется нервный гребень, над ним срастается
эпидермис. На рисунке отметить нервную пластинку и нервные валики, передний
конец – место дифференцировки головного мозга.
7. Зародыш на стадии нейрулы или хвостовой почки. Осевой комплекс зачатков (поперечный срез). Комплекс зачатков нервной системы, мезодермы (хорды, мезодермы сомитов и висцеральной мезодермы) и первичной кишки, вытя-
5
нутых по кранио-каудальной оси – филотипический признак Хордовых. На рисунке отметить: эпидермис, нейральную трубку, хорду, сомиты, висцеральную и
париетальную мезодерму, кишку (ее вентральная стенка утолщена, так как в ее
клетках много желтка, унаследованного от вегетативных бластомеровпредшественников).
8. Зародыш на стадии хвостовой почки (тотальный препарат). На этой стадии
четко выявляются головной, туловищный и хвостовой отделы зародыша. На головном конце заметны в виде выпуклостей глазные и слуховые пузыри, жаберные бугры; в туловищном отделе бороздками отмечена сегментация мезодермы,
на заднем, приподнятом конце – зачаток мезодермы хвоста (хвостовая почка).
9. ДЕМОНСТРАЦИЯ. Зародыш на стадии хвостовой почки (парасагиттальный
срез). Плоскость среза проходит вдоль зародыша, несколько латеральнее медиальной линии, поэтому хорда и нейральная трубка на препарате не видны. На
рисунке отметить: эпидермис, головной мозг, стомодеум, зачаток присоски, зачаток сердца, полость кишечника, зачаток печени, желточную эндодерму, хвостовую кишку, вентральную мезодерму, сомиты (миотомы), миобласты.
Автор – В.И. Ефремов
6