Материал: Биология размножения и развития

Развитие зародыша на стадии нейрулы

После гаструляции начинается следующий этап эмбрионального развития - нейруляция. Происходит дальнейшая дифференцировка зародышевых листков с образованием из них тканей, органов и систем органов - гистогенез, органогенез, системогенез.

Мезодерма подразделяется на 3 части. Дорсальная часть - сомиты, которые, в свою очередь, состоят из дерматомов, миотомов и склеротомов. Вентральная часть мезодермы - спланхнотомы, состоящие из париетальных и висцеральных листков. Часть мезодермы, соединяющая сомиты со спланхнотомами в передней части туловища, сегментируется и называется нефрогонотомами (синоним: сегментные ножки), а в задней части туловища не сегментируется и называется нефрогенной тканью.

На этой стадии развития закладывается осевой скелет - хорда. У хордовых животных и человека из эктодермы формируется нервная трубка.

Таким образом, при развитии многослойного зародыша последовательно образуются три полости: бластоцель, гастроцель, целом. В дальнейшем происходят следующие преобразования.

Бластоцель может слиться с гастроцелью, как это происходит у земноводных, а может уменьшиться до узких щелей и превратиться в полости кровеносной системы. Гастроцель превращается в полость средней кишки организма. А целом образует вторичную полость тела.

Пространство между тремя зародышевыми листками заполняется мезенхимой. Она образуется путем выселения клеток из всех трех листков, но преимущественно из мезодермы.

В эмбриогенезе из зародышевых листков образуются следующие ткани и структуры.

ИЗ ЭКТОДЕРМЫ:

• 1) эпидермис кожи и его производные (сальные, потовые, молочные железы, ногти, волосы),
• 2) нервная ткань, нейросенсорные и сенцоэпителиальные клетки органов чувств, эпителий ротовой полости и его производные (слюнные железы, эмаль зубов, эпителий аденогипофиза), эпителий и железы анального отдела прямой кишки.

ИЗ МЕЗОДЕРМЫ:

• 1) дерматомы - собственно кожа (дерма кожи);
• 2) миотомы - скелетная мускулатура;
• 3) склеротомы - осевой скелет (кости, хрящи);
• 4) нефрогонотомы (сегментные ножки) - эпителий мочеполовой системы;
• 5) спланхнотомы - эпителий серозных покровов (плевра, брюшина, околосердечная сумка), гонады, миокард, корковая часть надпочечников;
• 6) нефрогенная ткань - эпителий нефронов почек.

ИЗ ЭНТОДЕРМЫ:

• 1) часть энтодермы, образованная из прехордальной пластинки - эпителий и железы пищевода и дыхательной системы;
• 2) часть энтодермы, образованная из гипобласта - эпителий и железы всей пищеварительной трубки (включая печень и поджелудочную железу); участвует при образовании переходного эпителия мочевого пузыря (аллантоис).

ИЗ МЕЗЕНХИМЫ:

• 1) все виды соединительной ткани (кровь и лимфа, рыхлая и плотная волокнистая соединительная ткань, соединительная ткань со специальными свойствами, костные и хрящевые ткани);
• 2) гладкая мышечная ткань;
• 3) эндокард.

Апоптоз

В ходе индивидуального развития, особенно в период эмбриогенеза, при обновлении клеточного состава различных тканей, при функционировании иммунной системы, обычным и жизненно необходимым является элиминация ненужных клеток. Она осуществляется с помощью апоптоза.

Апоптоз - генетически запрограммированное самоубийство клеток. Этот термин происходит от греческого слова брпрфщуЯо, что означает растения, теряющие листья. Благодаря апоптозу при развитии организмов осуществляются следующие процессы:

• 1. формообразовательные процессы;
• 2. точная регуляция количества клеток, составляющих тот или иной клеточный ансамбль;
• 3. удаление лишних или потенциально опасных клеток, подобных некоторым типам лимфоцитов;
• 4. удаление опухолевых клеток;
• 5. удаление клеток, инфицированных вирусом.

Апоптоз необходимо отличать от обычной некротической гибели клеток, которая вызывается острым повреждением клетки и характеризуется быстрым ее набуханием и лизисом. В противоположность этому апоптозу свойственны следующие специфические особенности.

• 1. Конденсация клеточного ядра и деградация ядерной ДНК посредством эндонуклеотического дробления хромосомной ДНК, которая распадается сначала на большие фрагменты, а затем на очень маленькие фрагменты.
• 2. Гибель клеток в случае апоптоза является самоубийством, т.к. в клетках срабатывает внутренняя программа их гибели, включающая активацию эндогенных протеаз - ферментов, разрушающих белки. В связи с этим апоптоз часто называют программированной смертью клеток (PCD).
• 3. PCD регулируется межклеточными отношениями, в результате чего организм может элиминировать нежелательные клетки.
• 4. PCD характеризуется также утратой митохондриальной функции, что позволяет предполагать о важной ее роли в регуляции апоптоза. Гибнущая клетка поддерживает, тем не менее, целостность своей плазматической мембраны.
• 5. Описаны гены, контролирующие апоптоз. Раннее изучение апоптоза показало, что лекарства, которые блокируют синтез белка, предотвращают апоптоз. Следовательно, запрограммированная форма гибели клеток требует синтеза специфических белков и соответственно зависит от кодирующих их генов. Но иногда эти вещества могут индуцировать апоптоз, что свидетельствует о постоянном присутствии молекул-эффекторов апоптоза в клетках млекопитающих. Ингибиторы синтеза РНК или белков не блокируют апоптоз. Более того, клетки, у которых удалены ядра (цитохалазином или центрифугированием) все погибают с характерными признаками PCD.
• 6. Принято считать, что все гены, которые требуются для осуществления апоптоза, экспрессируются в клетках млекопитающих.

Апоптоз - явление универсальное и свойственно самым различным видам животных. Исследования в 70-е годы ХХ века показали, что у одного из видов круглых червей из составляющих его 1090 клеток в ходе эмбрионального развития погибает посредством апоптоза 131 клетка. У этого вида круглых червей программированную гибель клеток подразделяют на четыре стадии:

• - решение, что данная клетка погибнет или выберет другую судьбу;
• - гибель клетки;
• - поглощение гибнущей клетки фагоцитом;
• - деградация поглощенного тела.

Благодаря удобству именно из генома этих круглых червей удалось впервые выделить мутации, которые влияли на PCD. Уже выделено очень большое количество генов, которые являются прямыми или косвенными участниками реализации программированной гибели клеток.

ЛЕКЦИЯ 6 - 7

ЭМБРИОГЕНЕЗ ХОРДОВЫХ ЖИВОТНЫХ

ПЛАН

• 1. Развитие ланцетника
• 2. Развитие рыб
• 3. Развитие амфибий
• 4. Развитие пресмыкающихся
• 5. Развитие птиц
• 6. Развитие человека

Развитие ланцетника

Особенности эмбрионального развития анамний изучаются на примере ланцетника, рыб и земноводных.

Яйцеклетки у ланцетника - первичные изолецитальные, оплодотворение совершается в воде, т.е. наружное. После оплодотворения образуется зигота, которая подвергается полному и равномерному дроблению - развитие голобластическое. Зигота делится вначале двумя последовательными митозами во взаимно перпендикулярных меридиональных плоскостях на четыре, затем экваториальной бороздой на восемь бластомеров и т.д. Плоскости дробления чередуются, и после седьмого деления возникает бластула типа целобластулы.

Бластомеры, образующие бластодерму различаются по своим размерам и качеству, т.к. происходит распределение разнокачественного материала цитоплазмы зиготы, которая подвергается внутренней дифференцировке. Возникшая целобластула состоит из крупноклеточных желточных бластомеров, образующих дно (будущая кишечная энтодерма), средних по размеру бластомеров, расположенных над ними дорсально - материал дорсального серпа (будущая хорда) и мелких бластомеров, окружающих дно бластулы, - материал центрального серпа (будущая мезодерма). Все это окружено эктодермой.

Используя метод прижизненной окраски, было установлено, что все перечисленные участки бластулы перемещаются путем подворачивания через губы бластопора, размещаются вокруг гастроцеля и создают основу для протекания органотипического периода развития ланцетника - периода дифференцировки тканей и органов.

Бластула имеет полость - бластоцель. Бластоцель заполняется жидкостью - продуктом жизнедеятельности клеток бластодермы.

Путем инвагинации, т.е. втягивания вегетативного полушария в анимальное, бластула преобразуется в гаструлу, стенка которой становится двухслойной и состоит из эктодермы снаружи и энтодермы внутри. Это первичные зародышевые листки.

В гаструле образуется полость первичного кишечника - гастроцель, которая сообщается с внешней средой при помощи бластопора. Вследствие перемещения центра тяжести в сторону анимального полюса зародыш поворачивается на 180° бластопором кверху и продолжает плавать в воде.

Позже зародыш удлиняется. Из первичной энтодермы в дорсальном направлении выделяется хордальная пластинка, а в дорсолатеральном две мезодермальные пластинки. Из первичной эктодермы по средней линии тела выделяется нервная пластинка, состоящая из более высоких клеток, чем остальная эктодерма. Нервная пластинка отшнуровывается от эктодермы и погружается под нее, превращаясь вначале в нервный желобок, а затем в нервную трубку, остальная кожная эктодерма смыкается над нервной трубкой. Одновременно с образованием нервной трубки хордальная пластинка преобразуется в круглый клеточный тяж - хорду, мезодермальные пластинки свертываются в полые трубки, лежащие между хордой и кожной эктодермой, а оставшаяся энтодерма смыкается во вторичную кишку. Так образуется комплекс осевых органов, характеризующих тип хордовых животных.