Вопр 19оплодотворения и ранне развитие зародыша у млекопитающих

Обратные
ссылки

Изучать яйцеклетки млекопитающих неизмеримо труднее, чем яйца морских ежей, тем не менее сейчас есть возможность оплодотворять их in vitro (обычно пользуются термином "яйцеклетка", хотя в отношении млекопитающих речь идет об оплодотворенномооците второго порядка). Оплодотворенные яйцеклетки млекопитающих, пересаженные в матку, могут развиться в нормальных особей, благодаря этой методике многие бесплодные женщины получили возможность рожать нормальных детей. Оплодотворение яйцеклеток млекопитающих in vitro позволяет также изучать некоторые его механизмы.

Такие исследования показали, что несмотря на значительное сходство с морскими ежами, процесс оплодотворения у млекопитающих имеет некоторые отличия.

Сперматозоиды млекопитающих не способны оплодотворить яйцеклетку, пока они не подвергнутся процессу, называемому капатацией, который индуцируется выделениями женского полового тракта. Механизм капатации не ясен, возможно, капатация связана с изменениями в липидном и гликопротеиновом составах плазматической мембраны спермия, а также с повышением уровня его метаболизма и увеличением подвижности. Капацитированный спермий мыши проникает через толстый слой фолликулярных клеток и специфически связывается с одним из главных гликопротеинов zona pellucida - защитной оболочки, аналогичной вителлиновому слоюморского ежа. По крайней мере у нескольких видов один и тот же гликопротеин яйцеклетки, по-видимому, инициирует у спермияакросомальную реакцию. Например, у мыши zona pellucida состоит лишь из гликопротеинов, которые синтезируются растущими ооцитами и образуют самоорганизующуюся трехмерную структуру из связанных между собой волокон. Один из этих гликопротеидов, называемый ZP3, отвечает за связывание со спермием и за инициацию акросомальной реакции. Полагают, что при связывании с zona pellucida сперматозоид распознает специфическую углеводородную последовательность гликопротеина ZP3. Молекулы, участвующие в процессе распознавания, локализованы в плазматической мембране спермия, тогда как у морских ежей они располагаются в мембране акросомы. Zona pellucida, как и вителлиновый слой яиц морского ежа, служит барьером для межвидового оплодотворения, устранение ее части приводит к исчезновению такого барьера. Например, яйцеклетки хомячка, у которых с помощью специфических ферментов удалена zona pelllucida, могут быть оплодотворены сперматозоидами человека. Не удивительно, что такие гибриды ("hamsters") не развиваются.

При акросомальной реакции спермии млекопитающих высвобождают протеазы и гиалуронидазу, которые играют важную роль в проникновении спермия через zona pellucida. Однако здесь не формируется акросомальный отросток, сходный с тем, который образуется у морского ежа. У спермиев большинства млекопитающих с яйцеклеткой раньше всего сливается экваториальная (расположенная за акросомой) область плазматической мембраны, а не мембрана акросомы. Лишь относительно небольшое число спермиев млекопитающих обычно оказывается в состоянии добраться до претерпевшей овуляцию яйцеклетки (например, у человека менее 200 сперматозоидов из 300 миллионов, выделяющихся при коитусе, достигают места оплодотворения), поэтому необходимость в быстрой блокаде полиспермии несущественна, у млекопитающих не происходит быстрой деполяризации плазматической мембраны, сопровождающей оплодотворение и предотвращающей полиспермию у морских ежей и амфибий. С другой стороны, ферменты, высвобождающиеся при кортикальной реакциияйцеклеток млекопитающих, изменяют структуру яйцевой оболочки, обеспечивая медленную блокаду полиспермии. Например, в мышиных яйцеклетках фермент так видоизменяет гликопротеин ZP3, что он перестает связывать спермии или индуцировать у них акросомальную реакцию. В яйцеклетках некоторых млекопитающих в результате кортикальной реакции перестраивается не zona pellucida, а плазматическая мембрана, вследствие чего предотвращается слияние с яйцеклеткой дополнительных спермиев.

Другой характерной особенностью оплодотворения у млекопитающих является то, что центриоли присутствуют в яйцеклетках, а в спермиях их нет. Кроме того, в оплодотворенных яйцеклетках млекопитающих не происходит непосредственного слияния двух пронуклеусов: они сближаются, однако их хромосомы не соединяются до тех пор, пока мембрана каждого из пронуклеусов не будет разрушена при подготовке к первому делению дробления. Большая часть других ранних событий при оплодотворении яйц морского ежа, приведенных в табл. 15-1 (таких как активация с помощью фосфатидилинозитол-бисфосфата и повышение концентрации ионов Ca++ в цитозоле), осуществляется и в яйцеклетках млекопитающих. Следующие за этим изменения представляют собой часть процесса эмбриогенеза, в ходе которого зигота развивается в новый организм

РАЗВИТИЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Эмбриональное развитие разных групп млекопитающих протекает неодинаково. У низших, яйцекладущих, форм развитие происходит за счёт запасов яйца. У высших же, плацентарных, животных, у которых развитие зародыша совершается в теле матери, исчезли некоторые черты приспособления к развитию во внешней, неводной среде, но появились черты приспособления к развитию в утробе матери, в частности к получению питания из материнского организма (через плаценту).

Особенности условий развития млекопитающих отражаются уже на строении яйцеклетки.

У яйцекладущих млекопитающих яйцеклетки содержат большое количество желтка, служащего для питания зародыша, то есть яйцеклетки телолецитальные.

При внутриутробном развитии млекопитающих если и происходит питание за счет запаса яйцеклетки, то лишь на самых ранних этапах развития, а далее, вплоть до рождения, питание развивающемуся организму доставляется через тело матери. В связи с этим яйцеклетка млекопитающих, как и у ланцетника, бедна желтком.

Дробление. У разных животных время, которое проходит от оплодотворения до начала дробления, и продолжительность дробления различны. Поданным Г. А. Шмидта, процесс дробления зиготы крупного рогатого скота длится восемь дней, из них четыре дня—в яйцеводе и четыре дня — в матке. У яйцекладущих, как и у птиц, дробление частично меробластшеасое

Рис. 40. Образование бластодермического пузырька у млекопитающих: А—Д — последовательные стадии дробления; Е — стадия плотного шара; Ж—И — последовательные стадии образования бластодермического пузырька; К — начало дифференцировки зародышевого узелка; 1 — трофобласт; 2 — зародышевый узелок; 3 — бластоцель; 4 — рауберовский слой; 6 —эктодерма; 6 — энтодерма.

дискоидальное. У сумчатых плацентарных млекопитающих дробление полное (голобластическое). Однако родство с животными, имеющими телолеци-тальньге яйцеклетки и меробластический тип дробления, наложило отпечаток и на процесс дробления и на последующее развитие, которое у плацентарных млекопитающих протекает иначе, чем у ланцетника, имеющего тоже изолецитальную яйцеклетку.

1 ак, во-первых, в отличие от ланцетника полное дробление у млекопитающих несколько неравномерно и несинхронно. В результате, как и при меробластическом дроблении у птиц, образуются бластомеры различной величины, и в увеличении числа бластомеров не наблюдается той правильности, которая присуща ланцетнику. Во-вторых, особенность развития млекопитающих заключается в раннем обособлении зародышевого материала от внезародышевого. В процессе дробления образуются бластомеры двух типов: мелкие, светлые и более крупные, темные. Мелкие и светлые бластомеры располагаются снаружи и, обрастая более крупные и темные бластомеры, дают начало трофобласту (trophe — пища, blastos — зародыш, зачаток), который в дальнейшем не участвует в построении тела зародыша, а, вступая в контакт со слизистой оболочкой матки, служит лишь для снабжения зародыша питательным материалом. Крупные и темные клетки образуют эмбрио-бласт, за счет его формируется тело зародыша и позже возникающие вне-зародышевые органы. Таким образом, на ранней стадии зародыш имеет вид вначале плотного, а затем полого шара, часть клеток которого не участвует в дальнейшем построении тела зародыша.

Трофобласт — это новое образование, аналогичного которому нет у нижестоящих животных. Клетки его всасывают жидкость, размещающуюся между трофобластом и эмбриобластом. Так в сплошном шаре клеток возникает полость, быстро увеличивающаяся в размере. В результате образуется бластодермический пузырек (рис. 40). Он состоит из наружного слоя клеток трофобласта, комочка клеток эмбриобласта, который прилегает в одном месте к внутренней поверхности трофобласта и формирует зародышевый узелок, и полости бластулы, заполненной жидкостью. У крупного рогатого скота бластодермический пузырек развивается от семи до 10—И суток беременности (из них четверо суток в яйцеводе) и имеет форму шара. На 12-е сутки поперечник его у коровы равен 1 мм, на 13-е сутки он становится веретенообразным. Внешне бластодермический пузырек млекопитающих вначале напоминает бластулу ланцетника, рыб и особенно амфибий, но отличается от них тем, что ее клеточный материал не весь идет на построение зародыша. Развитие бластулы происходит под покровом блестящей оболочки бывшей яйцеклетки и третичных оболочек. Вскоре зародыш, освободившись от блестящей оболочки яйцеклетки, внедряется (имплантируется) в слизистую оболочку матки. У разных животных имплантация происходит в различные сроки от момента оплодотворения: у кролика на 7—9-йдень, у овцы и свиньи на 10—13-й день, у крупного рогатого скота на 12—15-й день. После внедрения в слизистую оболочку матки в связи с улучшением условий питания рост бластодермического пузырька сильно ускоряется.

Гаструляция у одних животных происходит еще до внедрения в стенку матки, а у других после этого. Так или иначе, но процесс начинается с того, что зародышевый узелок постепенно превращается из беспорядочного скопления клеток в пластинку, прилегающую к внутренней стороне клеток трофобласта. Средняя часть этой пластинки более плотная и называется зародышевым щитком, аналогичным таковому у птиц. Через некоторое время щиток становится двухслойным, причем слой, прилегающий к трофо-бласту, состоит из крупных клеток и является эктодермой, а глубжележащий слой из мелких плоских клеток — энтодермой. У коровы эктодерма и энтодерма образуются между 12-м и 13-м днями развития. Трофобласт, лежащий над эктодермой (рауберовский слой), редуцируется, и эктодерма щитка выходит на поверхность бластодермического пузырька, причем эктодерма продолжается в трофобласт. У некоторых млекопитающих, в том числе у человека, рауберовский слой сохраняется. В отличие от птиц у млекопитающих под щитком находится не желток, а белковая жидкость бластулы. Форма щитка у разных животных несколько различна. У коровы он вначале имеет грушевидную, затем овальную форму и, наконец, форму восьмерки.

На зародышевом щитке, так же как у птиц, в силу смещения клеток появляются продольная первичная полоска и первичный узелок.

Из материала первичного узелка, аналогичного дорсальной губе бласто-пора, так же как у птиц, в результате погружения и последующего врастания клеток между экто- и энтодермой, впереди первичного узелка возникает зачаток хорды. В области первичной полоски, соответствующей латеральной губе бластопора, происходит погружение клеточного материала, который затем распластывается между экто- и энтодермой, образуя правую и левую части мезодермы. У крупного рогатого скота мезодерма появляется на 20—21-й день. Она разрастается не только по сторонам первичной полоски, но и по сторонам зачатка хорды. Дифференцируется мезодерма, так же как и у других хордовых, на сомиты, сегментные ножки и спланкнотом. Сомиты делятся на дерматом, миотом и склеротом. Спланхнотом состоит из париетального и висцерального листков.

Из эктодермы впереди гензеновского узелка над хордой образуется нервная трубка, развивающаяся так же, как у других позвоночных. Остальная же часть эктодермы превращается в эпителий, образующий впоследствии наружный слой кожи.

Далее начинается обособление тела зародыша от незародышевых частей. Осуществляется это, как и у птиц, благодаря образованию кольцевой

Рис. 41. Обособление зародышевых частей от внезародышевых и образование плодных оболочек у млекопитающих:

Л — поперечный разрез; Б, В — продольный разрез; 1 — тело зародыша; н — нервная трубка; х — хорда; к — полость кишки; 2 — туловищная складка; 3 — амниотическая складка; 4 — полость желточного пузыря; 4' — стенка желточного пузыря; ц — внезародышевый целом; ц' — внутризародыше-вый целом; 5 — пупочный стебелек, 6 — желточный проток; 7—аллантоис; 8 — амнион; 9 — хорион; Ю — ворсинки хориона; сплошная черта — эктодерма; пунктир — энтодерма; точечные линии — мезодерма.

борозды — туловищной складки. Она возникает путем впячивания эктодермы, обоих листков спланхнотомов мезодермы и энтодермы. Углубляясь, туловищная складка довольно резко обособляет тело зародыша от внезаро-дышевой части, с которым оно остается связанным (рис.

41) лишь тоненьким пупочным стебельком. При этом вначале распластанное тело зародыша постепенно как бы скручивается, становится округлым, а полость бывшего бластодермического пузыря разделяется на две части, подобно полости песочных часов. Одна ее часть помещается в теле зародыша и является полостью кишечника, другая лежит вне тела зародыша и является зачатком полости желточного мешка, где находится белковая жидкость, служащая, хотя и очень кратковременно, для питания зародыша. Обе полости соединены желточным каналом, проходящим в центре пупочного стебелька.

В результате образования туловищной складки эктодерма, энтодерма и спланхнотомы мезодермы разделяются на зародышевую и незародышевую части. Зародышевая часть этих листков образует ткань — эпителий, причем энтодерма образует внутренний слой стенки кишечника, эктодерма — эпидермис кожи, мезодерма — сомиты, сегментные ножки и спланхнотомы. Промежутки между тремя зародышевыми листками заполняются эмбриональным зачатком соединительных тканей — мезенхимой. Она развивается, по-видимому, из всех трех зародышевых листков, но главным образом из мезодермы. Внезародышевая часть энтодермы продолжает вместе с внезаро-дышевыми спланхнотомами мезодермы обрастать трофобласт с внутренней стороны. Этот процесс аналогичен обрастанию желтка у птиц. Только роль желтка у млекопитающих играет оставшаяся после обособления кишечника и заполненная жидкостью часть полости бывшего бластодермического пузырька, то есть зачаток полости желточного мешка.В результате обрастания вокруг этой полости вначале только из энтодермы, а позже и из висцерального листка мезодермы формируется оболочка, по аналогии с птицами называемая стенкой желточного мешка, а стенка вместе с полостью — желточным мешком.

Желточный мешок характерен для тех животных, яйца которых очень богаты желтком, то есть являются телолецитальными. У высших млекопитающих желтка почти нет, и желточный мешок в большинстве случаев недо-развивается. Однако у некоторых млекопитающих (лошадь, кролик) он достигает относительно большого развития. Прилегая в этом случае к хориону (см. ниже), желточный мешок образует желточную плаценту. Через ее сосуды осуществляется питание зародыша, но не за счет содержимого мешка, а за счет питательных веществ, поступающих из организма матери. Однако эта функция желточного мешка очень кратковременна, и у большинства млекопитающих он в значительной мере утратил функцию питания, являясь лишь напоминанием о родстве их с животными, у которых яйца имели много питательного материала в виде желтка. Поэтому у высших животных сосуды в желточном мешке хотя и закладываются, но не достигают такого развития, как у птиц. Снаружи стенки желточного мешка находится внезародышевый целом.

Развитие плодных оболочек. Одновременно с туловищной складкой вокруг тела зародыша в виде валика поднимается амниотическая складка, сформированная из внезародышевых частей эктодермы и париетального листка мезодермы (рис. 41).

Амниотическая складка поднимается все выше и выше, благодаря чему тело зародыша постепенно закрывается ею. В этой складке различают два ската и разделяющую их вершину. По мере роста ее вершина, имеющая вначале благодаря кольцевидности амниотической складки форму кольцевой линии, собирается в одну точку, то есть складка смыкается над зародышем.

Из наружного ската складки образуется над зародышем единый свод— хорион (chorion — кожа). Он аналогичен серозной оболочке птиц. Хорион состоит из двух слоев: из обращенной наружу эктодермы и направленного в сторону зародыша париетального листка спланхнотома мезодермы. На хорионе образуются ворсинки, при помощи которых устанавливается связь с маткой. Общая площадь ворсинок равна нескольким квадратным метрам, что обеспечивает интенсивный обмен между материнским организмом и плодом.

Внутренние склоны амниотической складки, соединяясь, образуют над зародышем второй, внутренний, свод — амниотическую, или водную, оболочку. У свиньи амнион появляется на 10-й день, у крупного рогатого скота — на 15-й день развития. Амнион тоже состоит из двух слоев: один из них, обращенный к телу зародыша, представляет собой эктодерму, переходящую на тело зародыша, а другой, наружный листок, является париетальным листком спланхнотома мезодермы. Вскоре начинает развиваться аллантоис. Он образуется, как и у птиц, в виде небольшого выпячивания из хвостовой части кишки зародыша. У свиньи зачаток его появляется на 15-й день развития. Стенка аллантоиса образована энтодермой и висцеральным листком спланхнотома мезодермы. Зачаток аллантоиса, развиваясь, вклинивается во внезародышевый целом между амнионом и хорионом. Степень его развития и взаимоотношение с другими плодными оболочками, то есть хорионом и амнионом, у разных животных различны. Так, у лошади, хищных и кролика аллантоис имеет вид слепого мешка, который срастается с амнионом и хорионом. В результате образуется аллантокорион — наружная плодная оболочка и аллантоамнион — внутренняя плодная оболочка (рис. 42—В). У овцы, козы и крупного рогатого скота аллантоис разделяется на два слепых мешка, которые, внедряясь между хорионом и амнионом, раздвигают их и срастаются с ними, но не на всем протяжении. В результате у этих животных, кроме аллантохориона и аллантоамниона, имеется амниохорион (Л, Б),

Аллантоамниотическая оболочка прозрачна, и через нее просвечивает плод. В стенку аллантохориона и аллантоамниотическую оболочку враста-

Рис. 42. Схема взаимоотношения плодных оболочек:

А — у коровы в конце первого месяца стельности и Б — на более поздней стадии развития; В — у жеребенка; / — плод; 2 — сердце; 3 — печень; 4 — кишечник; 5 — сосуд желточного мешка; 6 — аорта; 7 ~ пупочные вены; 8 — пупочные артерии; 9 — желточный пузырь; 10 — аллантоис; // — амнион; 12 — хорион; 13—полость амниона; 14 — полость аллантоиса; 15 — магма; 16—ворсинки прохориона (трофобласт); 17 — ворсинки на котиледонах; 18—аллантохорион; 19—аллантоамннон; 20 — амниохорион; 21 — ворсинки хориона; сплошная черта — эктодерма; пунктир — энтодерма; точечная линия — мезодерма.

ют сосуды. Они, объединяясь, формируют пупочные сосуды, проникающие в тело зародыша в составе пупочного канатика. Под аллантоамнионом расположена амниотическая полость. В ней в результате секреции амниоти-ческого эпителия накапливается жидкость. В начале развития зародыша ее мало, затем количество ее сильно возрастает, а к концу утробного развития снова уменьшается. Амниотическая жидкость непосредственно омывает тело плода. Ее химический состав непостоянен. В ней обнаружены белок, муцин, мочевина, соли, сахар, жир и гормоны. Амниотическая жидкость служит для смягчения механических воздействий на плод, предохраняет стенку матки от толчков со стороны плода. Поддерживая равномерное внут-риматочное давление, амниотическая жидкость способствует нормальному функционированию сосудов