Тема 9. РОЗВИТОК ЛЯГУШКИ (RANA TEMPORARIA)
Земноводні (кл. Amphibia) - класичний об'єкт ембріології. В останні десятиліття вони стали ще більш популярні завдяки вивченню розвитку шпорцевой жаби Xenopuslaevis методами молекулярної генетики, цитології, іммуноцітохіміі, в результаті чого були отримані дані, які принципово змінили уявлення про механізми просторової організації розвитку, морфогенезе, взаємної залежності частин зародка.
Яйця Земноводних телолецитальние, мезолецітальние, діаметром від 2 мм, пігментовані меланіном в анімальному півкулі. зовні покриті набухає студенистой оболонкою. Запліднення у Земноводних може бути внутрішнім (Apoda і Urodela) або зовнішнім (Anura). Для представників Urodela характерна поліспермія.
При заплідненні у Anura спермий входить в будь-якому місці анімального півкулі, викликаючи спрямовані цитоплазматические руху: ротацію кортикальной цитоплазми, яка зміщується, утворюючи з протилежного боку сірий серп. При цьому транспорт молекулярних факторів росту і диференціювання (активинов, Vg1 і ін.) За допомогою системи мікротрубочок визначає майбутню дорсальну сторону зародка. При цьому радіально-симетричне яйце перетворюється в білатерально-симетричний зародок.
Дроблення радіально-симетричне, голобластіческому, нерівномірне; в міру дроблення формується бластоцель. з 128 клітин - бластула. Завдяки щільним контактам в апікальних частинах поверхневих бластомеров відокремлюється особлива внутрішнє середовище зародка, що утворюється завдяки секреторною активності бластомерів. З стадії МВТ (середня бластула) індукційні сигнали сприяють специфікації матеріалу мезодерми. Презумптівного мезодерма - це глибинні клітини в екваторіальній області бластули.
Гаструляция починається на стадії кількох тисяч клітин. В результаті морфогенетических переміщень матеріал різних зачатків зародка займає певне положення відповідно до осьовим розподілом молекулярних факторів росту і диференціювання. Ці переміщення простежені за допомогою методів клітинного маркування, які дозволили нанести карту зачатків на поверхню бластули і спроектувати їх на стадію формування осьового комплексу зачатків зародка. Ініціація гаструляції відбувається на вегетативної кордоні сірого серпа, де занурення бутилковідние клітин призводить до утворення бластопора, потім ці клітини стають більш щільними, і основна роль в гаструляціонних переміщеннях клітин переходить до глибинних клітинам дорсальній стінки бластули, які, переміщаючись по внутрішній поверхні даху бластоцель. сприяють витягуванню архентерона в краніо-каудальному напрямку. Інволюірующая маргінальна зона утворює дах архентерона, а суббластопоральние багаті жовтком вегетативні бластомери утворюють його дно.
В результаті конвергентного подовження і интеркаляции глибинні клітини формують вузьку довгу смугу - зачаток хордомезодерми. його центральна частина згодом відокремлюються у вигляді хордальной пластинки від мезодерми сомітов і рухається до анімальний полюсу. Поверхневі клітини (проспективная ектодерма) в результаті клітинних поділів, радіальних інтеркаляції і сплощення форми поширюються (епіболія) до вегетативного полюса. Таким чином, досягається характерне розташування трьох зародкових листків (ектодерма зовні, ендодерма всередині і між ними мезодерма), необхідне для диференціювання органів.
Зародок кілька ущільнюється з дорсальній боку і витягується в передньо-задньому напрямку; розвиток переходить у фазу нотогенеза (становлення осьового комплексу зачатків). Практично одночасно починається потовщення нейральной пластинки (в результаті перетворення кубічного епітелію в циліндричний), відокремлення медіальної області спинного зводу архентерона у вигляді компактного тяжа клітин осьової мезодерми - нотохорда, змикання бокових ділянок первинної кишки (у Хвостатих амфібій - Urodela) і ущільнення параксіальної областей мезодерми. В цей час вся мезодермальная мантія підрозділяється на вже згадану параксіальної мезодерму (епімер), проміжна ділянка (Мезомерія. В наслідок - нефротом) і охоплює велику первинну кишку гіпомери або спланхнотом.
Незабаром латеральні ділянки нейральной пластинки, що не втрачаючи зв'язок з матеріалом покровной ектодерми, починають підніматися над медіальної областю, утворюючи нейтральні валики. Ці валики зближуються, висота їх над медіальної областю збільшується, вони перетворюються в нейтральні складки; нейтральні пластинка перетворюється в нейтральні жолобок. Зближення валиків в центральній зоні пластики відбувається з більшою швидкістю, ніж в каудальної і, тим більше, в майбутньої головний області (стадія середньої нейрули).
Нарешті, спинні ділянки нейтральні складок приходять в зіткнення, і нейтральні жолобок замикається в нейтральні трубку. Такий спосіб утворення нейральной трубки (за допомогою інвагінації нейральной пластинки) отримав назву первинної нейруляции. Одночасно над нейральной трубкою змикаються краю покровной ектодерми (пізня нейрули). У місці цього змикання утворюються клітини нейтральні гребеня. Нейтральні трубка ще деякий час зберігає просвіт на самому передньому кінці тіла - т.зв. нейропори. а на задньому кінці нейроцель повідомляється з порожниною первинної кишки у вигляді нейро-кишкового каналу. У Земноводних розподіл головного мозку на відділи затримується в порівнянні з іншими хребетними і доводиться на кінець ембріонального періоду. Гаструляция триває і під час нейруляции. але тепер вона зводиться до інволюції залишкового матеріалу дорсальній губи бластопора, що приводить до утворення недиференційованого агрегату клітин різної долі в районі т.зв. хвостовий нирки. У міру зростання хвостовій нирки каудальнее нейро-кишкового каналу з маси недиференційованих клітин відбувається поступове виокремлення хорди, сомітной мезодерми і комплексу клітин нейтральні зачатка, в якому схізоцельним способом утворюється центральний просвіт. Такий спосіб утворення нейральной трубки носить назву вторинної нейруляции. Під підставою хвостовій нирки розташовується анальний отвір.
До моменту завершення освіти нейральной трубки в туловищном відділі зародка в параксіальної мезодермі починається процес сегментації з утворенням по обидва боки від хорди і нейральной трубки щільних блоків мезодермальних клітин - сомітов. Сегментація мезодерми - ритмічний процес - має строгу орієнтацію, вона здійснюється в напрямку від переднього до заднього кінця тіла з більш-менш постійною швидкістю. У тому ж напрямку відбувається диференціація сомітов, першим етапом якої є підрозділ сомита на миотом. дерматом і склеротом. У кожен момент часу більш зрілі (диференційовані) соміти розташовуються краніальної по відношенню до щойно виділився.
Зростання зародка супроводжується диференціюванням всіх зачатків в передній частині, що розповсюджується в задньому напрямку. Серед інших в головному відділі оформляється жаберная пластинка у вигляді здуття ектодерми по обидва боки від переднього відділу кишки. Ендодерма з боків цього відділу в горизонтальному напрямку дає 6 пар вузьких виростів - ендодермального складові зябрових щілин. Попереду від зябрових пластинок на голові намічаються два бічних виступу - формуються очні міхури. Нижче їх і ближче до середньої лінії утворюються нюхові ямки. А ще нижче за середній лінії закладається стомодеума. У задній частині голови з боків вентральної середньої лінії (на рівні першої та другої зябрових дуг) у вигляді глибоких впячіваній. виділяють слизовий секрет, виявляються дві присоски.
Відразу позаду зябрової пластинки на рівні верхніх контурів зябрових щілин з боків тіла з'являються дві опуклості, що відображають освіту під ектодермою валикоподібні поздовжніх виступів нефротома, що представляють передні кінці правого і лівого пронефрічеський проток, з'єднаних з самими передніми нефрідіальнимі канальцами (тобто з пронефроса або передбруньки ). Ці зміни супроводжують зміщується в задньому напрямку сегментацію параксіальної мезодерми. До цього моменту соміти чітко видно зовні. У міру сегментації і диференціації міотомів і нефротома зачаток пронефрічеський протоки досягає задньої частини тулуба. де з'єднується з кишкою.
Мезенхима вентральної половини тіла спочатку покриває ендодерму рівним шаром, який з ростом ембріона розпушується і розпадається на мережу кров'яних острівців, що дає початок кровоносних судинах. Клітини, детерміновані в напрямку освіти серця, можуть бути виявлені вже на стадії гаструли. Закладка серця, власне, відбувається теж дуже рано. У Земноводних, як і у круглоротих зачаток серця з самого початку непарний, у інших Хребетних серце розвивається з двох топографічно роз'єднаних половинних закладок.
Результатом описаних змін при формуванні осьового комплексу зачатків є т.зв. фарінгула - філотіпіческая стадія в розвитку Хребетних.
Розглянемо гістологічні препарати. ілюструють ранній розвиток Жаби.
Бластомерная бластула (зрізи). Відзначити ексцентрично розташований бластоцель, одношарову дах бластоцёля, відмінності в розмірах бластомерів.
Епітеліальна бластула (зрізи). В результаті поділу клітин бластомерной бластули паралельно поверхні і в косому напрямку стінка бластули стає багатошаровою, поверхневий шар епітелізіруется. На малюнку відзначити бластоцель, зміщений до анімальний полюсу, відмінності між бластомерами ( «анімальную шапочку» і великі вегетативні бластомери).
ДЕМОНСТРАЦІЯ.Ініціація гаструляції (сагітальний зріз). На малюнку відзначити бутилковідние (колбовідние) клітини по форонту щелевидная бластопора. Над ними у напрямку до анімальний полюсу знаходиться інволюірующая маргінальна зона. а до вегетативного - матеріал майбутньої желточной пробки; ці частини зародка дадуть ентодерму архентерона. Край поглиблення - дорсальная губа бластопора.
Гаструла на стадії формування желточной пробки (тотальний препарат). Через дорсальну губу бластопора у Жаби відбувається інволюція матеріалу маргінальної зони; край, через який йде інволюція клітинного шару з поверхні зародка всередину, збільшується і замість короткої щілини приймає вид підкови - з'являються бічні губи бластопора. Внаслідок епіболії бластопор зміщується в вегетативному напрямку. Всі нові ділянки бластодерми загортаються всередину, утворюється вентральна губа. так що бластопор стає кільцевим, він оточує залишилося не зануреної всередину частина жовтка, тобто желточную пробку.
Пізня гаструла (сагітальний зріз). На цій стадії бластопор вже кільцевої: зріз пройшов через дорсальну губу бластопора, желточную пробку і вентральную губу. Желточная пробка служить дном архентерона, а його дах утворена ендодермального епітелієм, інволюіровавшім з субекваторіальній маргінальної зони на дорсальній стороні. Передня (поринула першої) частину архентерона складається з плоских клітин, що були у початку гаструляції келихоподібними. Між ектодерми і ентодерми розташовується мезодерма. У дорсальній стороні це хордомезодерми, над нею - матеріал нервової пластинки. На малюнку відзначити дорсальну і набагато менш виражену вентральную губи бластопора, матеріал майбутньої нейральной пластинки і хорди, епідерміс, гастроцель, залишки бластоцель, желточную пробку, архентерон.
Нейрули (тотальний препарат). В ході нейруляции у Жаби ектодерма по краях нервової пластинки, розташованої над хордою. піднімається у вигляді валиків (нервові валики), які зближуються і зростаються, утворюючи нервову трубку - зачаток центральної нервової системи. На передньому кінці нервова пластинка (а потім нервова трубка) розширені. Тут буде формуватися головний мозок. По середній лінії в місці змикання валиків утворюється нервовий гребінь, над ним зростається епідерміс. На малюнку відзначити нервову пластинку і нервові валики. передній кінець - місце диференціювання головного мозку.
Зародок на стадії нейрули або хвостовій нирки. Осьової комплекс зачатків (поперечний зріз). Комплекс зачатків нервової системи, мезодерми (хорди, мезодерми сомітов і вісцеральної мезодерми) і первинної кишки, витягнутих по краніо-каудальной осі - філотіпіческій ознака Хордових. На малюнку зазначити: епідерміс. нейтральні трубку. хорду. соміти, вісцеральний і парієтальних мезодерму, кишку (її вентральна стінка потовщена. так як в її клітинах багато жовтка, успадкованого від вегетативних бластомеров-попередників).
Зародок на стадії хвостовій нирки (тотальний препарат). На цій стадії чітко виявляються головний, тулуба і хвостовий відділи зародка. На головному кінці помітні у вигляді опуклостей очні і слухові бульбашки, зяброві горби; в туловищном відділі борозенками відзначена сегментація мезодерми, на задньому, піднесеному кінці - зачаток мезодерми хвоста (хвостова брунька).