ЦИТОЛОГІЯ, ГІСТОЛОГІЯ, ЕМБРІОЛОГІЯ - 2008

Розділ 2. ЕМБРІОЛОГІЯ

2.5 Ранні етапи ембріогенезу. Дроблення. Гаструляція

Дроблення. В результаті запліднення яйцевої клітини об'єднуються хромосомні набори, настає інтенсивний метаболізм, що характеризуєть

ся посиленням дихання та синтетичних процесів, зокрема синтезу ДНК, РНК, білків, підвищується активність рибосом, зростає фосфорний, калієвий та кальцієвий обмін, змінюється активність протеолітичних ферментів, підвищується проникність мембран, спостерігаються інші зміни. Всі ці метаболічні зрушення стимулюють мітотичне ділення зиготи, за яким настає поділ ядер і цитоплазми. Клітини, що поділилися, не ростуть, розмір їх зберігається. Кількість ДНК в ядрі подвоюється, після чергового поділу клітини зберігають диплоїдність. Через відсутність росту клітин після поділу, зигота роздрібнюється на все менші клітини. Останні називаються бластомерами (від гр. blastos - зародок, meros — частина), а площини, що їх розділяють — борознами дроблення.

Таким чином, дроблення — це багаторазові мітотичні поділи зиготи, в результаті яких зародок стає багатоклітинним, не змінюючи суттєво при цьому свого розміру.

Типи дроблення зиготи тісно пов'язані з вмістом у яйцеклітині поживних речовин.

Розрізняють дроблення повне рівномірне, повне нерівномірне та часткове — дискоїдальне.

Повне рівномірне дроблення. Класичним прикладом повного рівномірного дроблення оліголецитальних яйцеклітин є розвиток ланцетника, вперше вивчений О.О.Ковалевським. В заплідненій яйцеклітині розрізняють два полюси: верхній — анімальний і нижній — вегетативний (рис. 26).

Рис. 26. Повне рівномірне дроблення зиготи:

А — дроблення зиготи ланцетника: І — стадія двох бластомерів; II — стадія чотирьох бластомерів; III — стадія восьми бластомерів; IV — стадія 16-ти бластомерів; V — стадія 32-х бластомерів; VI — стадія 64-х бластомерів; VII — стадія 128 бластомерів; Б — бластула ланцетника: 1 — бластодерма; 2 — бластоцель; 3 — дно бластули; 4 — крайова зона; 5 — дах бластули

Після запліднення жовток, незначна кількість якого була рівномірно розподілена по всій цитоплазмі, переміщується до вегетативного полюсу. Перша борозна дроблення проходить у меридіональному напрямку і ділить зиготу на два бластомери, які відповідають майбутній лівій та правій половині тіла зародка. Друга борозна дроблення також проходить меридіонально під прямим кутом до першої. Тепер зародок складається з чотирьох бластомерів. Третя борозна дроблення має екваторіальний напрям, тому кожний бластомер ділиться на дві частини. Такий зародок побудований із восьми бластомерів, при цьому чотири із них утворилися із вегетативного полюсу зиготи, в зв'язку з цим вони містять увесь жовток зиготи і відрізняються великими розмірами. Ці бластомери відповідають задній частині тіла; анімальні (чотири) — передній частині. Потім з'являються дві меридіальні борозни, які ділять зародок на 16 бластомерів, на п'ятому діленні — дві широтні борозни — у складі зародка з'являється 32 бластомери. На шостому — чотири меридіальних (64 бластомери) і на сьомому — чотири широтні (128 бластомерів). Утворені бластомери зразу заокруглюються і стикаються з сусідніми бластомерами лише невеликою частиною своєї поверхні.

Бластомери розміщуються не купкою, а в один шар, утворюючи стінку порожнистої кулі. Таким чином, при повному рівномірному дробленні всі бластомери діляться одночасно (синхронно); їх кількість зростає за принципом геометричної прогресії. Наступні ділення перестають бути синхронними, темпи ділення більших клітин вегетативного полюсу сповільнюються. Скоро кількість клітин досягає тисячі. Виникає одношаровий зародок — бластула. Стінку бластули називають бластодермою, а заповнену драглистою масою порожнину — первинною порожниною тіла — бластоцелем. В бластодермі виділяється дно, яке виникло із більших і багатих на жовток клітин на місці колишнього вегетативного полюсу зиготи. Дно обмежене крайовою зоною, усі інші клітини бластодерми, які виникли в анімальній половині яйцеклітини, утворюють дах бластули.

Прикладом повного нерівномірного дроблення є розвиток мезолецитальних яйцеклітин імфібій (рис. 27).

Рис. 27. Схема повного нерівномірного дроблення зиготи амфібії:

1 — мікромери; 2 — макромери; 3 — бластодерма; 4 — бластоцель

Дроблення починається з утворення двох меридіональних борозен дроблення, які настають одна за другою під прямим кутом. Вони скоро ділять позбавлений жовтка анімальний полюс зиготи на два, а потім на чотири бластомери. Вегетативний полюс, що містить увесь жовток зиготи, дробиться значно повільніше, і бластомери, що виникають тут, мають більші розміри. Третя борозна розміщується ближче до анімального полюса зиготи і має широтний напрямок.

Широтні борозни дроблення замінюються меридіональними і при цьому скоро виникаєасинхронність та тангенціальність (поділ бластомерів у площині, паралельній поверхні зиготи) в дробленні, тому воно закінчується утворенням багатошарової бластули. Дах бластули складається з дрібних бластомерів, які називають мікромерами, а дно — із великих бластомерів — макромерів. Увесь жовток знаходиться в макромерах. Бластоцель зрушений до анімального полюса та зменшений у розмірах. Бластула, що утворилася в результаті повного (го- лобластичного) дроблення, називається целобластулою.

Часткове, або меробластичне (дископодібнеУ, дроблення спостерігається у риб, рептилій, птахів і характерне для полілецитальних і телолецитальних яйцеклітин. В полілецитальних яйцеклітинах дроблення охоплює лише вільну від жовтка цитоплазму, де знаходиться ядро, воно не поширюється на вегетативний полюс, останній залишається нерозділеним на бластомери. Перші дві меридіональні борозни проходять через анімальний полюс під кутом один до одного. Меридіональні борозни чергуються з широтними та тангенціальними. Бластомери, що утворилися в процесі дроблення, розміщуються на жовткові в один шар. Останній називають бластодиском, тому дроблення дискоїдальне. Розвиток зародка відбувається за рахунок зародкового щитка — центральної частини зародка. Остання частина зародкового диска бере участь в утворенні тимчасових (провізорних) органів — зародкових оболонок, які створюють сприятливі умови для розвитку зародка.

В результаті дроблення утворюється бластула. Її бластоцель має вигляд вузької щілини, зрушеної до анімального полюса. Дах бластули складається з бластомерів. Крайова зона — це клітини, що інтенсивно діляться (бластомери). Дном є нерозділений на бластомери жовток вегетативного полюса зиготи. Такий тип бластули називають дискобластулою.

Гаструляція та утворення осьових органів. Після дроблення та утворення бластули настає важлива стадія розвитку зародка — гаструляція (gaster — шлунок). Для гаструляції характерний глибокий та упорядкований розподіл клітин у зародку. Вона характеризується процесами поділу і диференціюванням клітин, їх перегрупуванням, взаємодією та впливом одних на інших. У результаті гаструляції утворюється зародок, який спочатку складається з двох, а пізніше з трьох зародкових листків: ектодерми ( від гр. ektos — зовнішній), ентодерми ( від гр. entos — внутрішній) і мезодерми ( від гр. mesos — середній).

Із цих зародкових листків шляхом морфогенетичних переміщень утворюються осьові органи: нервова трубка, хордомезодермальний зачаток (від гр. chorda — струна) та кишкова трубка. Поява цих зачатків починається на стадії бластули і називається презумптивними (від гр. presumptio — передбачення) зачатками. Так, дах бластули, побудований із презумптивних зачатків ектодерми та нервової трубки, дно бластули — із презумптивного зачатка — кишкової трубки, а крайова зона — із хордальної пластинки та мезодерми.

У вивченні процесів гаструляції значна роль належить В. Фогту (1929), який вперше запропонував методику маркування частин зародка. Для вивчення гаструляції були використані різні барвники та радіоактивні ізотопи, завдяки яким досліджено переміщення окремих груп клітин. Більша частина цих досліджень грунтується на використанні прижиттєвих барвників. Виготовлення гістологічних зразків зародків у різні періоди після нанесення мітки на клітини тієї чи іншої локалізації дає змогу простежити, що відбувається з клітинами після того, як вони у процесі гаструляції потрапляють в ті чи інші частини зародка. На стадії пізньої бластули амфібії і різних інших тварин можна цілком точно визначати частини, із яких будуть розвиватися ті чи інші органи. Тому прийнято говорити про презумпцію та карти презумптивних органів.

Як особливості будови овоцита визначають характер дроблення, так і гаструляція залежить від специфічних для різних класів тварин характеристик їх бластул.

Розрізняють чотири різновиди гаструляції: інвагінація (впинання), імміграція (переміщення клітин із зануренням), епюолгя (обростання) і делямінація (розщеплення шару на два). У різних хордових гаструляція відбувається в поєднанні кількох її різновидів, однак один із них є основним.

Так, у ланцентика яйцеклітина якого оліголецитальна, її дроблення повне рівномірне,— гаструляція відбувається шляхом інвагінації. В

бластоцель починають проникати клітини крайової зони та великі бластомери дна бластули. При цьому бластоцель поступово витісняється і із одношарової бластули утворюється двохшарова чаша, яка складається із зовнішнього листка — ектодерми і внутрішнього - ентодерми. Нову порожнину в цій двошаровій чаші називають гастроцелем. Отвір, що веде із гастроцеля назовні, називають бластопором. Його краї утворюють чотири губи: дорзальну, вентральну і дві бокових. Через губи бластопора інвагінує матеріал різних ембріональних зачатків. Так, дорсальна губа відмежовує матеріал майбутньої хорди, що увійшов до складу дорсальної частини даху первинної кишки. Бокові та вентральні губи пов’язані з матеріалом майбутньої мезодерми і стінки первинної кишки. В кінці гаструляції зародок швидко росте у довжину.

Дорсальна частина ектодерми перетворюється в нервову пластинку, а решта ектодерми — епідерміс шкіри. Нервова пластинка шляхом перетворень формує нервову трубку, яка стає джерелом розвитку спинного мозку. У хребетних передній кінець нервової трубки утворює головний мозок. Поряд з утворенням нервової трубки розвивається первинна ентодерма. В її спинній частині під нервовою трубкою з'являється клітинний тяж, який перетворюється у хорду. З боків від хорди завдяки активному мітозу формується два мішкоподібних вирости. Вони є зачатком третього зародкового листка — мезодерми. Остання сегментується і утворює соміти — спинні сегментш^ШШпні ніжки та несегментовану частину, яка складається із двох листків: зовнішнього — паріетального і внутрішнього — вісцерального. Між ними виникає вторинна порожнина тіла — целом.

Гаструляція у амфібій (рис. 28, 29) не може відбуватися так, як у ланцетника, оскільки вегетативна півкуля яйця дуже перевантажена жовтком. Її дроблення повне нерівномірне й закінчується формуванням багатошарової бластули, бластоцель якої зміщений до анімального полюса. Бластомери анімального полюса дрібні — мікромери, вегетативного — великі, їх називають макромерами. Тому інвагінація відбувається обмежено, поряд з нею спостерігається епіболія. Гаструляція відбувається шляхом інвагінації та епіболії. Активні мікромери напливають на вегетативну половину бластули — макромери, при цьому утворюється серпоподібна борозна — дорсальна трубка бластопора (від гр. blastos - зародок, poros — отвір), через неї починає підгинатися прехордальна, потім хордальна пластинки. Складка, що утворюється, являє собою первинну кишку, її порожнина — гастроцель збільшується, а бластоцель витісняється і зменшується. В результаті цього тонка клітинна перегородка, що відокремлювала бластоцель від гастроцеля, розривається, обидві порожнини з’єднуються і утворюють порожнину первинної кишки. Прехордальна пластинка разом з гірехордальною ентодермою прошнуровують дорсальну губу, потім через неї проходить матеріал хорди, що становить дах первинної кишки. Хордальна пластинка перетворюється у хорду і відокремлюється від первинної кишки, остання на дорсальному боці залишається незамкненою. За рахунок вільних кінців ентодерми, що ростуть назустріч один другому під зачатком хорди, порожнина первинної кишки замикається. Поряд з матеріалом хорди через бокові губи бластопора, який набуває підковоподібної форми, в глибину зародку переміщується і матеріал мезодерми й розміщується між екто- та ентодермою.

Рис. 28. Гаструляція зародка (А, Б, В, Г — ланцетника; Д, Е, Є — амфібії):

1 — бластоцель; 2 — гранули жовтка; 3 — ектодерма: 4 — майбутня хорда;

5 — гастроцель; 6 — бластопор; 7 — мезодерма; 8 — ентодерма; 9 — жовток;

10 — бластодерма; 11 — жовткова пробка

Рис. 29. Стереограма зародка амфібії:

1 — ектодерма; 2 — міотом; 3 — дерматом; 4 — хорда; 5 — паріетальний листок; 6 — вісцеральний листок; 7 — кишка;

8 — сегменти; 9 — сегментна ніжка; 10 — спланхнотом; 11 — мезодерма; 12 — нервова трубка.

Вентральна губа бластопора утворюється в результаті вп'ячування вентральної частини мезодерми.

Целом у зародка амфібій з'являється в результаті перерозподілу клітин мезодермального зачатка на паріетальний та вісцеральний листки. Форма бластопора у амфібій чітко відображає вплив жовтка на процес гаструляції. У амфібій бластопор вузький, він закритий жовтковою пробкою — великою кількістю багатих на жовток бластомерів, що становили дно бластули.

Майбутній епітелій і матеріал нервової системи покриває всю поверхню зародка, їх поширення залежить від інтегративного впливу всього зародка.

У риб, в зв'язку з перевантаженням їх яйцеклітин жовтком, дроблення поверхневе, частково меробластичне, в результаті цього утворюється дискобластула; її дах утворений зародковим диском, а дно — поверхневим шаром — перибластом, який являє собою жовток, що не дробився. Перибласт містить незначну кількість клітин, що відокремились від бластодиска та ядер надлишку сперміїв. Ферменти цих клітин

беруть участь у засвоєнні жовтка зародком в перші дні його розвитку.

Гаструляція у одних представників хордових відбувається шляхом міграції — масове переміщенням клітин в напрямку заднього краю бластодиска, внаслідок цього останній стає товстим. Через цей потовщений край підгинається матеріал. Матеріали майбутньої прехордальної ентодерми, прехордальної пластинки і хорди обгинають задній край і рухаються під поверхневим шаром бластодиска в протилежному напрямку — вперед, утворюючи первинну кишку. Дах цієї кишки складається з хордальної пластинки, дно — із вп'яченої прехордальної ентодерми та клітин перибласта і частини внутрішніх клітин бластули. В міру того, як цей матеріал входить в середину, на його місці по задньому краю утворюється крайова зарубка. Вона відповідає бластопору. Його середня частина — це дорсальна губа, латерально від неї лежать бокові губи, вентральна губа бластопора відсутня, її роль у риб відіграють бокові краї зародкового диска.

Ентодерма відокремлюється від зародкового диска і між останньою та жовтком утворюється порожнина первинної кишки. Хордомезодермальний зачаток спочатку входить до складу ентодерми, а потім, після міграції, розміщується між ектодермою та ентодермою. Середня частина мезодермального зачатка — це матеріал майбутньої хорди, з боків її — мезодерма.

Клітини зародкового диска не містять жовтка, в результаті цього гаструляція та закладання осьових органів у цих представників хордових закінчується дуже швидко. Зародкові листки обростають жовток, де знаходяться поживні речовини і формують тимчасовий орган за межами зародка — жовтковий мішок. В його утворенні беруть участь усі три зародкові листки: ектодерма, ентодерма та мезодерма.

Внутрішня поверхня жовткового мішка являє собою позазародкову ентодерму, вона всмоктує поживні речовини із жовтка, середній шар стінки жовткового мішка становить позазародкова мезодерма, вона утворює густу сітку кровоносних судин, по яких рухаються всмоктані ентодермою поживні речовини в тіло зародка. Позазародкова ектодерма являє собою зовнішню оболонку стінки жовткового мішка, яка захищає від пошкодження ніжну сітку жовткових кровоносних судин. В подальшому, головний та хвостовий кінці зародка відокремлюються від поверхні жовтка, а навколо його тулуба утворюється тулубова складка, що відокремлює зародок від жовтка, залишаючись пов'язаною

з ним лише жовтковим стебельцем. Після використання поживних речовин жовткового мішка останній відпадає, а на місці жовткового стебельця залишається лише пупок.