Гаструляция у амфибий

Изучение гаструляции у амфибий является одной из старейших и вместе с тем одной из новейших областей экспериментальной эмбриологии; гаструляция у амфибий широко изучалась в течение прошлого столетия, однако большая часть наших теорий, касающихся механизмов этих морфогенетических движений, была пересмотрена в семидесятые годы. Изучение гаструляции у амфибий осложняется тем, что строение зародышей бесхвостых и хвостатых амфибий на этих стадиях несколько различается и они используют разные средства для достижения одной и той же цели (Smith. Malacinski. 1983: Lundmark. 1986). В последние годы наиболее интенсивные исследования проводились на Xenopus laevis (гладкой шпорцевой лягушке), поэтому мы сконцентрируем внимание на способе гаструляции у этого вида.

Подготовка клеток к гаструляции осуществляется в период дробления. Как упоминалось в гл. 3, у амфибий на стадии перехода к средней бластуле происходит перестройка клеточного цикла, он замедляется (в результате включения в него фаз G₁ и G₂), деления клеток становятся асинхронными, клетки приобретают способность перемещаться, и впервые в жизни животного в ядрах клеток происходит транскрипция новых мРНК. У Xenopus laevis эта перестройка начинается непосредственно после 12-го деления дробления (Newport. Kirschner. 1982).

Движения клеток в период гаструляции у амфибий: обзор

Перед бластулой амфибий встают те же задачи, что и перед бластулой иглокожих, а именно: нужно привести внутрь зародыша области, предназначенные для образования энтодермальных органов, окружить зародыш клетками, способными к формированию эктодермы, и поместить между ними в надлежащие места мезодермальные клетки. Движения, посредством которых это достигается, могут быть визуализированы методом витального окрашивания. В. Фогт (Vogt, 1929) насыщал кусочки агара красителями, такими, как нейтральный красный или нильский голубой сернокислый, которыми можно окрашивать клетки зародыша, не повреждая их. Окрашенные кусочки агара затем помещали на поверхность бластулы, и часть красителя из них переходила в клетки, контактирующие с этими кусочками (рис. 4.12). Движения каждой группы окрашенных клеток были прослежены в течение периода гаструляции и результаты этих движений суммированы в форме карты презумптивных зачатков. Эти карты недавно подтверждены результатами наблюдений с помощью сканирующего электронного микроскопа и методом инъекции красителей (Smith. Malacinski. 1983: Lundmark. 1986).

Исследования Лёвтрупа (Lovtrup, 1975: Landstrom. Lovtrup. 1979) и Келлера (Keller. 1975. 1976) с использованием витальных красителей показали, что клетки бластулы шпорцевой лягушки имеют разную судьбу в зависимости от того, находятся ли они в глубоком или в поверхностном слоях зародыша (рис. 4.13). У шпорцевой лягушки (но не у аксолотля или некоторых других амфибий) предшественники мезодермы находятся вглубоком слое клеток, тогда как эктодерма и энтодерма происходят из наружного слоя клеток зародыша. Предшественники хорды и других мезодермальных тканей локализованы под поверхностью в экваториальной (маргинальной, или краевой) области зародыша. У хвостатых амфибий (таких, как тритоны или аксолотли) предшественники хорды и мезодермы обнаружены как в поверхностных, так и в глубоких краевых клетках (Landstrom. Lovtrup, 1979; Keller. 1976).

У зародышей лягушки гаструляция начинается на будущей спинной стороне зародыша, чуть ниже экватора, в области серого серпа (рис. 4.14). Здесь происходит инвагинация энтодермальных клеток с образованием бластопора. Форма этих клеток чрезвычайно резко изменяется. Основная часть тела каждой клетки смещается внутрь зародыша, сохраняя в то же время контакт с наружной поверхностью посредством узкого цитоплазматического тяжа (рис. 4.15). Эти колбовидные клетки окаймляют зачаток архентерона. Следовательно, как и у морского ежа. инвагинация клеток инициирует формирование гастроцеля. Однако в отличие от морского ежа гаструляция у амфибий начинается не в центре вегетативной области, а в краевой зоне вблизи экватора бластулы. Здесь энтодермальные клетки не столь велики и не содержат так много желтка, как большинство вегетативных бластомеров.

Следующая фаза гаструляции включает в себя инволюцию клеток краевой зоны: клетки анимальной области в это время распространяются посредст-

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

_______________ ГАСТРУЛЯЦИЯ: ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК 119

Рис. 4. 12. Маркировка зародышей амфибий витальными красителями. А. Разработанный Фогтом метод маркировки клеток на поверхности зародыша витальными красителями. Б- Г. Вид меток на поверхности зародышей на более поздних стадиях развития. Д. Зародыш тритона разрезан на стадии нейрулы в медианной плоскости: внутри него видны окрашенные клетки. Цифры на рисунках обозначают номера кусочков агара. (По Vogt. I929I

вом эпиболии, смещаясь к бластопору. Достигнув губы бластопора, мигрирующие клетки краевой зоны вворачиваются внутрь и перемещаются по внутренней поверхности клеток наружного пласта. Таким образом клетки, образующие губу бластопора, постепенно меняются. Первыми клетками в составе спинной губы бластопора являются энтодермальные (материал прехордальной пластинки), которые, инвагинируя, образуют ведущий край архентерона. Эти клетки позже становятся клетками глоточного отдела передней (головной) кишки. После того как эти первые клетки переходят внутрь зародыша, спинная губа бластопора оказывается образованной инволюирующими клетками, впоследствии дающими начало мезодерме головы. Следующие клетки, вворачивающиеся через спинную губу бластопора, называются клетками хордомезодермы. Эти клетки будут формировать хорду - временный мезодермальный «позвоночник», который имеет существенное значение для инициации дифференцировки нервной системы (см. гл. 5 и 8). По мере перехода новых клеток внутрь зародыша бластоцель оттесняется на сторону, противоположную спинной губе бластопора. Тем временем бластопор смещается в вегетативную область и расширяется по мере того, как все больше клеток анимального полушария сходится к губе бластопора. Расширяющийся бластопор образует боковые губы и, наконец, брюшную губу, через которые проходят внутрь дополнительные мезодермальные и энтодермальные клетки-предшественники. С формированием брюшной губы бластопор приобретает форму кольца, окружающего крупные энтодермальные клетки, которые еще остаются на поверхности (рис. 4.16). Этот остающийся на поверхности участок энтодермы называется желточной пробкой; но и он постепенно оказывается внутри (см. рис. 4.14). К этому моменту все предшественники энтодермы оказываются внутри зародыша, эктодерма окружает ее поверхность, а мезодерма располагается между ними.

Рис. 4.13. Карта презумптивных зачатков зародыша Xenopus laevis· на стадии бластулы для поверхностных (А) и внутренних (Б) клеток, показывающая, что большинство мезодермальных производных формируется из внутренних клеток. Место, где будет образовываться спинная губа бластопора, указано стрелкой. (Из Keller. 1975, 1976.)

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

120 ГЛАВА 4

Рис. 4.14. Движения клеток в период гаструляции у лягушки. Разрезы проведены через центр зародыша и повернуты так, что его спинная сторона обращена к читателю. Главные направления движения клеток показаны стрелками. А. Бластула. Б. Начало гаструляции. Клетки, двигаясь внутрь зародыша, образуют спинную губу бластопора. В. Образование гастроцеля. Инволюция клеток через спинную губу бластопора и их дальнейшее движение под крышей бластоцеля приводит к образованию архентерона и смешает бластоцель. Г, Д. Клетки-предшественники мезодермы инволюируют через брюшную и боковые губы бластопора. Клетки-предшественники эктодермы мигрируют по поверхности вегетативного полушария. Желточная пробка представляет собой единственный участок энтодермы, видимый с поверхности. Е. Гаструляция продолжается до тех пор, пока весь зародыш не будет окружен эктодермой и энтодерма не окажется полностью внутри, а мезодермальные клетки не попадут между ними. (По Rugh. 1951: Keller. 1986.)
Рис. 4. 15. Схематический рисунок, на котором в разрезе изображен гаструлирующий зародыш амфибий; показано распространение колбовидных клеток от бластопора внутрь зародыша. (Пo Hö ltfreter, 1943.)