Основные принципы организации формообразовательных систем

Формообразование всегда определяется взаимодействием частей. При этом важную роль играют активные вещества, содержащиеся в зрелой яйцеклетке и распределяемые по продуктам ее деления. Они, в зависимости от положения данной части зародыша, определяют особенности обмена веществ и специфику синтезируемых активных субстанций цитоплазмы — рибонуклеиновых кислот и ферментов. Эти субстанции могут в известных условиях передаваться соседним частям зародыша. В тканевых массах

Глава II. Регуляция формообразования у земноводных 277

накапливаются и более простые продукты обмена, которые также ^₀гут проникать и в другие части. Все такие вещества способствуют возникновению различий в зависимости от положения данной части по отношению к внешней среде и ее соотношений с другими частями. Это и является основой наступающей тканевой дифференцировки.

Этих факторов было бы достаточно, если бы был выработан совершенно точный механизм распределения активных веществ цитоплазмы яйца и последовательности двигательных реакций клеток и частей зародыша. Это и осуществлено в общей форме в развитии мозаичных яиц асцидий, кольчатых червей, моллюсков. Однако такая слишком жесткая система формообразования не допускает регуляции при нарушении развития под влиянием измененных внешних или внутренних факторов. Она недостаточно пластична и в эволюционных преобразованиях организма (которые всегда основываются на согласовании изменений во внешних и внутренних факторах, т. е. на регуляции соотношений) заменилась другим типом развития. Прогрессивным типом формообразования является не мозаичное, а регуляционное развитие. В этом случае формообразовательные субстанции не теряют своего значения. Их распределение хотя и зависит в известной степени от механизма клеточного деления и перемещения клеток, но регулируется: 1) существованием градиентов, т. е. количественных различий в концентрации веществ на протяжении известной части; 2) выработкой пороговых уровней нормального реагирования, наступающего только при достижении известного минимума концентрации формообразующих веществ; 3) организацией формообразовательных систем, состоящих по меньшей мере из двух взаимодействующих частей, которые мы условно обозначили как индуктор и реактор (отмечая при этом лишь более заметную активность первого компонента). Нормальный ход формообразования предполагает прежде всего, что обе части взаимодействующей системы всегда находятся на надлежащем месте, где они и вступают в контакт. Это достигается предшествующими формообразовательными движениями, которые всегда детерминированы еще структурой самого яйца. Все формообразовательные системы исторически развивались, т. е. получали свое детерминирующее значение, только на базе существовавших уже пространственных и временных соотношений. Регуляционный тип развития — это всегда историческая надстройка над более жесткими формами детерминированного развития. Установившиеся уже пространственные и временные соотношения между зачатками зародыша получают вторично значение средств для точного урегулирования этих соотношений, а в связи с этим — времени и места Дальнейших дифференцировок.

Контакт двух частей, разного происхождения обусловил возможность передачи формообразующих веществ (в основном от

278 Регуляция формообразования в индивидуальном развитии

более дифференцированной части к еще не дифференцированной). Существование градиента их концентрации дает возможность установления качественных различий на основе количественных. Наличие пороговых уровней нормального реагирования обеспечивает наступление полной реакции при соблюдении известного минимума условий. Вместе с тем расширение области, занимаемой как индуцирующей частью, так и реагирующей, дает возможность нормального формообразования и при некоторых смещениях. Совпадение времени достижения необходимой концентрации индуцирующих веществ и готовности реагирующей ткани, т. е. ее компетенции, обеспечивая нормальное формообразование, оставляет некоторую свободу для возможности регуляции при некоторых запозданиях. Вся система формообразования становится при этом типе развития более точной, но более гибкой, допускающей нормальное развитие при некоторых уклонениях от нормы.

Глава III

ФОРМООБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ

ДВИЖЕНИЯ КЛЕТОК,

КЛЕТОЧНЫХ СЛОЕВ И МАСС

Понятие индукции, занимающее центральное положение в механике развития, было введено для обозначения одностороннего формообразовательного влияния одной (детерминированной) части зародыша на другую (еще не детерминированную). Более обстоятельное изучение конкретного материала показывает, однако, что представление об индукции создано в результате искусственной изоляции отдельных звеньев сложных формообразовательных зависимостей, которые в действительности всегда имеют характер взаимодействия частей. Мощные формообразовательные процессы раньше приписывались активности индуктора. На фоне явного действия индуктора на реагирующую ткань ее обратное влияние на индуктор может казаться незаметным. Все же в большинстве формообразовательных систем обоюдный характер зависимостей совершенно ясен, и выделение индуктора как более активной части системы имеет в значительной мере условный характер.

Имеется, однако, еще одна большая категория формообразовательных процессов, в которых взаимность влияния совершенно ясна, хотя и здесь нередко, как и в явлениях индукции, лишь одна сторона выделяется своей активностью, а другая кажется

Глава 111. Формообразовательное движение клеток, слоев и масс 279

как будто пассивной. Я имею в виду значение движения клеток _я клеточных масс в осуществлении формообразования. Очень большие передвижения целых клеточных пластов происходят во время гаструляции, когда, собственно говоря, весь зародыш находится в состоянии внутреннего движения. Передвижения клеточных масс отчасти объясняются различиями в скорости клеточных делений и, следовательно, неравномерным ростом. Однако в еще большей мере такие движения происходят за счет изменения формы клеток. Уплощение клеток приводит к общему увеличению занимаемой поверхности, вытягивание их в известном направлении ведет к перемещению клеточных пластов или масс в том же направлении и к их стягиванию в перпендикулярном направлении. Наконец, более обособленные клетки могут активно перемещаться за счет сокращения плазматических отростков, находящих для себя какую-то опору. Во всех этих случаях изменение формы клеток и их перемещение являются процессами взаимосвязанными. Они определяются, несомненно, местными изменениями свойств поверхностных слоев протоплазмы. Такие изменения клеточных стенок представляют собою, очевидно, реакции на некоторые внешние воздействия, исходящие от соседних клеток или тканей. Экспериментальное изучение поведения клеток и клеточных пластов в тканевых культурах показало, действительно, наличие взаимовлияний, ведущих к изменениям формы клеток и к клеточным перемещениям. При этом выявились специфические различия в реакциях различных клеток. Однородные клетки обнаруживают обычно положительное сродство — они притягиваются друг к другу и образуют типичные для них структуры. Разные клетки нередко отталкиваются друг от друга.

Недетерминированные еще клетки будущей эктодермы и энтодермы бластулы и ранней гаструлы амфибий собираются в солевом растворе вместе в общую массу. Со временем, однако, начинается дифференцировка, и клетки энтодермы отделяются от клеток эктодермы — между ними возникает некоторый антагонизм. Клетки мезенхимы обнаруживают положительное сродство как с эктодермой, так и с энтодермой, и при обособлении последних друг от друга мезенхима выполняет все пространство между ними. По мере развития появляются определенные центры притяжения, вызывающие стягивание к ним и скопление ме-зенхимных клеток. Так формируются очень многие зачатки органов. Эпителии обонятельного мешка и слухового пузырька притягивают близлежащие мезенхимные клетки, которые обволакивают эти органы чувств и дают основу для развития соответствующих скелетных капсул. > Мезенхимные клетки (эктомезенхи-ма), происходящие из боковых частей нервной пластинки — ган-глионарных полосок, устремляются вниз и окружают головную кишку, где образуют затем зачатки висцерального скелета.

280 Регуляция формообразования в индивидуальном развитии

Мезенхима из наружного листка полости тела притягивается покровным эпителием боковых стенок тела позади головы и впереди клоаки и образует здесь местные сгущения — зачатки конечностей. Не следует, однако, думать, что мезенхима притягивается только эпителиями. Благоприятные условия для концентрации мезенхимных клеток могут создаваться и местными условиями клеточного метаболизма вне зависимости от каких-либо эпителиев. Этим объясняется, вероятно, концентрация мезенхимы вдоль осевой части зачатка конечности, ведущая к образованию ее скелета. Накопление метаболитов в таких зачатках является, по-видимому, основным фактором, определяющим наступление их гистологической дифференцировки.

Перемещение мезенхимных клеток идет путем выдвигания и сокращения протоплазматических отростков. Для этого требуется, конечно, наличие известной опоры, которая дается нередко образованием тонких фибриллярных структур в белковой межтканевой жидкости. Значение таких структур было показано в опытах с тканевыми культурами. Тот же тип выдвигания протоплазматических отростков достигает особо яркого выражения в развитии отростков нервных клеток, которые дают начало нервным волокнам. Выдвигаясь из клетки подобно псевдоподиям, они как бы нащупывают путь для своего дальнейшего продвижения и, пользуясь также фибриллярными структурами жидкой среды как опорой, достигают порою очень отдаленной области своей иннервации в совершенно определенных тканях (в чувствующем эпителии, в железе, стенке кишечника, мышце и т. п.). Такое строго направленное движение было бы совершенно немыслимо без особых форм взаимодействия между периферическим органом и соответствующими нервными клетками. К далеким миграциям способны и нервные клетки в целом. Эти миграции определяются, несомненно, воздействиями, идущими со стороны периферии, и реакциями клеток на эти воздействия. Клеточные реакции выражаются в строго направленном перемещении, и это определяется дифференцировкой самих клеток.

Из краевой зоны нервного зачатка — ганглионарной пластинки развиваются вообще весьма различные клетки. Некоторые из них остаются на месте, образуя чувствующие нервные клетки и опорные клетки глии, входящие в состав головных и спинномозговых нервных узлов. Другие клетки мигрируют по направлению к внутренним органам и образуют зачатки периферических ганглиев сердца и симпатической нервной системы. Вдоль вырастающих нервных волокон мигрируют и опорные клетки, образующие оболочки вокруг этих волокон. Из того же общего зачатка — ганглионарной пластинки — мигрируют, как мы уже видели, скелетогенные клетки, образующие скопления вокруг ротовой полости и глотки — зачатки висцерального скелета. Наконец, из того же источника происходят различные мезодермальные обра-

Глава III. Формообразовательное движение клеток, слоев и масс 281

зования кожи и пигментные клетки. Следовательно, клетки одного источника испытывают разную дифференцировку и соответственно обнаруживают различные, весьма специфичные реакции: они мигрируют в разных направлениях, вступают в связь с различными органами и дают начало совершенно определенным зачаткам. Дифференцировка определяет здесь разные формы реагирования.

Что такие реакции, как и все другие, определяются, несмотря на их сложную обусловленность, все же унаследованной нормой реагирования, видно из следующего. Хвостатые амфибии— аксолотли — известны в двух обычных расах: черные и белые. Цвет кожи зависит от пигментных клеток — меланофоров, располагающихся под эпидермисом. Опытами пересадки кожи от личинок одной расы к другой и опытами культивирования их тканей удалось показать, что и у белых аксолотлей имеются такие же меланофоры, как и у черных, и в них также может образоваться черный пигмент. Как уже упомянуто, клетки, образующие меланофоры — меланобласты, нормально мигрируют в кожу из ганг-лионарной пластинки. Оказывается, из ганглионарной пластинки белых аксолотлей при ее пересадке черным аксолотлям меланобласты мигрируют совершенно нормально в кожу и дают там черные пигментные клетки. Однако ни меланобласты белых аксолотлей, ни меланобласты черных не способны мигрировать в кожу белых аксолотлей. В данном случае различие в окраске кожи определяется, следовательно, не какими-либо изменениями в меланобластах, а изменениями в самой коже белых аксолотлей, которая не способна воздействовать на меланобласты. Кожа изменила свою наследственную норму, она утратила способность притягивать меланобласты. Нормальное взаимодействие оказалось нарушенным.

Изменения формы клеток определяются, несомненно, поверхностными силами. По Гольтфретеру, наружная поверхность клеток раннего зародыша образует непрерывную эластичную мембрану. При сокращении такой мембраны клетки сближаются и принимают цилиндрическую форму. Так можно себе представить образование нервной пластинки. Дальнейшее сокращение ее наружной поверхности должно привести к изгибанию пластинки в желоб и нервную трубку. Прямые измерения показали возрастание Упругости наружной, т. е. верхней, мембраны нервной пластинки но мере ее сворачивания в трубку. Они показали также, что упругость нижней мембраны нервной пластинки значительно ниже. В этих изменениях свойств поверхности сказывается, конечно, различное их положение по отношению к внешней среде ¹¹ взаимодействие с подлежащими массами хордомезодермы. Формообразовательное значение этого взаимодействия мы уже рассмотрели. Здесь мы подчеркнем лишь значение поверхностных явлений при изменении формы клеток и их перемещений.

282 Регуляция формообразования в индивидуальном развитии

Для объяснения этих явлений Вейссом [Weiss, 1930] была выдвинута интересная гипотеза, построенная по аналогии с иммунологической теорией. Предполагается, что взаимное притяжение клеток определяется дополняющим строением их поверхностей допускающим реакцию типа антиген — антитело. Клеточный антагонизм выражает отсутствие дополняющих структур и невозможность положительной реакции. Притяжение возможно, по теории Вейсса, как между однородными клетками, так и между разными. Удовлетворительно объясняются также и реакции промежуточного характера. Теория Вейсса подкрепляется нахождением органотипических антигенов не только в уже дифференцированных тканях и в едва оформившихся зачатках, но даже раньше, чем появляется зачаток органа. Очевидно, их образование начинается одновременно с детерминацией, т. е. хемодифференциа-цией зачатков. Вместе с тем и унаследованная общая норма реагирования клеток определяется также в значительной мере подобными же поверхностно-активными агентами. Мы знаем, что антигены всегда обладают видовой специфичностью. При совмещении клеток разных видов, рас или мутаций их нормальное взаимодействие поэтому нарушается, как мы видим на примере меланофоров аксолотля. Активные перемещения клеток и клеточных масс имеют решающее значение в формировании зачатков и являются хорошей иллюстрацией нашего основного положения, что в индивидуальном развитии формообразование всегда определяется взаимодействием различных частей (и их клеток) развивающегося организма.

Глава IV

ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РОСТА И ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

В ранних зародышах, до обособления полостей тела и развития кровеносной системы (а у растений — проводящих тканей), имеется только одно средство передачи активных веществ и метаболитов — по межклеточным пространствам от одной ткани к другой, соседней. С развитием оформленных полостей и сосудов устанавливается новая, гуморальная связь, которая делает возможной быструю передачу физиологически активных веществ на значительные расстояния. Передаваемые таким образом вещества, оказывающие специфическое влияние на метаболизм, рост или формообразование определенных частей организма, называются гормонами. Обычно они являются результатом физиологической

Глава IV. Гормональная регуляция роста и формообразования 283

яеятельности специализированных органов внутренней секреции. Нередко, однако, они оказываются побочными продуктами метаболизма органов или частей, несущих в основном другие функции. Гормоны могут оказывать стимулирующее или тормозящее влияние на физиологическую деятельность различных органов и ₀х зачатков. Однако иногда они выступают в роли активаторов, или эвокаторов, вызывающих некоторые формообразовательные реакции или определяют даже качественную специфику сложных формообразовательных процессов, напоминая в этом отношении влияние индукторов.