Морские ежи

Для морских ежей также характерно радиальное голобластическое дробление, но с некоторыми существенными модификациями. Первое и второе деления дробления очень сходны с такими же делениями у Synapta; оба они меридиональные и перпендикулярны друг другу. Третье деление также экваториальное и отделяет полюсы один от другого (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Дробление у морского ежа. А. Плоскости деления при первых трех делениях дробления и образование отдельных ярусов клеток при 3-6 делениях. Б - Г. Микрофотографии живых зародышей морского ежа Lytechinus pictus: вид со стороны анимального полюса, Б - 2- клеточная и В - 4-клеточная стадии развития морского ежа. Г. 32-клеточная стадия представлена без оболочки оплодотворения, что позволяет различить мезомеры анимального полюса, центральные макромеры и вегетативные микромеры, которые видны в центре. (Фотографии с любезного разрешения G. Watchmaker.)

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

78 ГЛАВА 3

Рис. 3.4. Образование микромеров при четвертом делении у зародышей морского ежа. Вид на вегетативный полюс зародышей снизу. А. Положение и ориентация митотического веретена в нижней части вегегативных клеток при рассматривании живого зародыша в поляризованном свете. Б. Деление в соответствии с асимметричным расположением веретен привело к образованию микромеров и микромеров. (Из Inouê. 1982: фотографии с любезного разрешения S. Inoué.)

Четвертое деление, однако, происходит иначе, чем у Synapta. Четыре клетки анимального яруса разделяются меридионально на восемь бластомеров одинаковой величины. Эти клетки называют мезомерами. Вегетативный ярус претерпевает неравное экваториальное деление, в результате которого образуются четыре крупные клетки макромеры и четыре клетки меньшего размера микромеры у вегетативного полюса (рис. 3.4). При следующем делении восемь мезомеров 16-клеточного зародыша делятся экваториально и образуют два «анимальных» яруса, ан₁, и ан₂, расположенные один над другим. Макромеры делятся меридионально, образуя восьмиклеточный ярус ниже ан₂. Микромеры также делятся: возникшая маленькая группа клеток примыкает к более крупным клеткам расположенного выше яруса. При шестом делении все борозды ложатся экваториально, при седьмом меридионально. В результате седьмого деления возникает 128-клеточная бластула.

Свен Герстадиус (Hö rstadius, 1939) проделал простой опыт, который показал, что время появления борозд дробления у морского ежа и их ориентация не зависят от предыдущих делений. Когда он подавлял первые одно, два или три деления, встряхивая яйца или помещая их в гипотоническую морскую воду, то неравное (четвертое) деление дробления, приводящее к образованию микромеров, все равно наступало в положенное время (рис. 3.5). На этом основании Герстадиус пришел к заключению, что существуют три фактора, которые детерминируют деление 8-клеточного зародыша: 1) «прогрессивные изменения цитоплазмы, которые определяют ориентацию веретен, образующихся спустя определенные интервалы времени после оплодотворения»: 2) в цитоплазме вегетативной области должен существовать особый материал, образующий микромеры; и 3) должен существовать какой-то механизм, который в соответствующий момент активирует материал, образующий микромеры (Hö rstadius, 1973). Природа «микромерных часов» до сих пор не выяснена. Однако Икеда (Ikeda. 1965) получил данные, согласно которым клетка может вести отсчет событий, происходящих при дроблении, благодаря циклическим изменениям в цитоплазме. Он обнаружил, что освобождение сульфгидрильных (-SH) групп белков происходит циклически. Чередование окисленной (—S—S—) и восстановленной (HS—SH) конформаций, вероятно, отражает глубокие изменения в клеточном метаболизме. Икеда показал, что свободные сульфгидрильные группы в наибольшем числе имеются в делящихся бластомерах и в наименьшем — в то время, когда клетки не делятся (рис. 3.6. А). Воздействия, которые предотвращают деления дробления, не оказывают влияния на этот цикл восстановления окисления. Отделение микромеров всегда происходит на четвертом —SHпике после оплодотворения независимо от того, какое число делений дробления было предварительно подавлено (рис. 3.6. Б). Напротив, если подавить возникновение сульфгидрильного пика (путем добавления к морской воде эфира), то отделение микромеров запаздывает. Возможно, что циклические процессы восстановления и окисления играют какую-то роль во внутриклеточном отсчете времени. Из яиц морского ежа был выделен белок (Sakai. 1966. 1968), который сокращается при окислении его свободных сульфгидрильных групп. Подобные белки, возможно, и обусловливают такие циклические изменения.

Стадия бластулы при развитии морского ежа начинается тогда, когда число клеток зародыша достигнет 128. Эти клетки образуют стенку полого шара, которая окружает центрально расположенный бластоцель (рис. 3.7). Каждая клетка находится в контакте с богатой белками жидкостью бластоцеля и с гиалиновым слоем. В это время контакт между клетками становится более тесным. Анализ этого процесса у морской звезды показал (DanSohkawa. Fujisawa. 1980), что образование полого

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

ДРОБЛЕНИЕ: СОЗДАНИЕ МНОГОКЛЕТОЧНОСТИ 79

Рис 3.5. Образование микромеров зависит от продолжительности развития, а не от числа делений. А. Нормальная последовательность делений дробления у морского ежа; микромеры образуются при четвертом делении. Б. В. Первое или третье деление подавлено воздействием гипотонической морской воды. Г. Оплодотворенное яйцо разрезано пополам в меридиональной плоскости, что привело к образованию половины структур, возникающих при нормальном дроблении. Во всех случаях микромеры (выделены серым цветом) появляются приблизительно в одно и то же время независимо от числа предшествующих делений (По Hö rstadius. 1939).

шара происходит одновременно с возникновением плотных контактов между бластомерами. Эти контакты объединяют слабо связанные между собой клетки в ткань и изолируют бластоцель от окружающей среды (рис. 3.8). Поскольку клетки продолжают делиться, поверхность клеточного пласта увеличивается и этот пласт утончается. На протяжении всего периода существования бластулы ее стенка сохраняет однослойность.

Для объяснения сопряженности процессов увеличения поверхности стенки бластулы и формирования бластоцеля были предложены две гипотезы. Согласно одной из них (Dan, 1960), первый процесс осуществляется под действием сил, исходящих от самого бластоцеля. Поскольку бластомеры секретируют в бластоцель белки, содержащаяся в бластоцеле жидкость становится вязкой. Эта жидкость поглощает большие количества воды путем осмоса, ее объем увеличивается, и она изнутри оказывает давление на бластомеры. Давление жидкости приводит также к тому, что длинная ось каждой клетки ориентируется определенным образом так, что деление

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

80 ГЛАВА 3

Рис. 3.6. А. Циклическая изменчивость числа свободных сульфгидрильных групп в белках. Максимумы совпадают с серединой митотического цикла делений дробления и наблюдаются независимо ο т того, было ли деление подавлено или не было. Б.Образование микромеров в 8-клеточных зародышах морского ежа после подавления деления ультрафиолетовым облучением. (По Ikeda, I965.)

Рис. 3.7. Бластула морского ежа. А, Ранняя бластула морского ежа образована одним слоем клеток, имеющих округлую форму и окружающих обширный бластоцель. Б. По мере продолжения клеточных делений в форме клеток бластулы появляются различия: клетки в области вегетативной пластинки удлиняются. (По Giudice. 1973.)	Рис. 3.8. Область контакта двух соприкасающихся клеток в 1024-клеточной бластуле морской звезды. Между плазматическими мембранами обеих клеток в области таких контактов не имеется свободного пространства: это так называемый плотный (замыкающий) контакт. (Из Dan-Sohkawa. Fujisawa. 1980; фотографии с любезного разрешения авторов.)

Рис. 3.9. Клетки бластулы, имеющие реснички. Каждая клетка обладает одной ресничкой. (Фотографии с любезного разрешения W.J. Humphreys.)

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. I: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 228 с.

ДРОБЛЕНИЕ: СОЗДАНИЕ МНОГОКЛЕТОЧНОСТИ 81

этих клеток никогда не бывает направлено в сторону бластоцеля: такая ориентация клеточной популяции в одной плоскости способствует ее дальнейшему распространению вширь Согласно другому предположению (Wolpert, Gustafson, 1961; Wolpert, Mercer, 1963), давление жидкости бластоцеля не является необходимым условием получения наблюдаемого эффекта. Авторы этой гипотезы придают особое значение разной адгезивности клеток по отношению друг к другу и к гиалиновому слою. Предполагается, что, пока клетки остаются прочно связанными с гиалиновым слоем, единственной возможностью для них остается расширение поверхности клеточного пласта. Формирование бластулы является скорее следствием этой экспансии, чем какого-либо другого процесса.

На наружной поверхности клеток бластулы образуются реснички (рис. 3.9). что позволяет бластуле вращаться внутри оболочки оплодотворения. Вскоре клетки секретируют фермент вылупления, который переваривает оболочку. Зародыш вылупляется и становится свободноплавающей бластулой.