III. Содержание отчета.

Отчет должен быть представлен на отдельных листах формата А4 или в альбоме.

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.

2. Краткое описание теории нейрогенеза.

3. Результаты исследований (микроскопическое изучение препаратов) и их анализ (с указанием использованных микроскопов и материалов).

4. Результаты выполнения индивидуального задания (определение и описание «слепого» препарата).

5. Выводы.

Отчет на листе формата А4 сдается в конце работы преподавателю.

IV. Контрольные вопросы:

1. Дать характеристику каждого зародышевого листка и его производных.

2. В чем заключается процесс нейруляции?

3. Что такое нервный гребень?

4. Как происходит образование нервной трубки?

5. Перечислить производные нервной трубки и нервного гребня.

Рекомендуемая литература.

1. А.В.Белоусов. Биология индивидуального развития, 1983.

2. К.Г.Газарян. Биология индивидуального развития животных, 1983.

3.О.Д.Мяделец Гистология, цитология и эмбриология. Учебно-методическое пособие, 2000.

Лабораторная работа № 5. Формирование органов.

Цель работы: изучить развитие производных зародышевых листков; уметь объяснить механизмы формообразования; иметь представление об индукционных взаимодействиях в ходе тканевой дифференцировки.

Оборудование, приборы и принадлежности: таблицы, микроскопы, микропрепараты, схемы, планшеты.

I. Теоретическая часть.

После завершения гаструляционных движений зародыш приступает к построению отдельных систем своих органов — к органогенезу. Если формирование центральной нервной системы позвоночных связано, как мы видели, с морфологическими перестройками, охватывающими почти весь зародыш, то дальнейший органогенез представляет собой более местный процесс. Зародыш постепенно разбивается на относительно независимо развивающиеся системы, которые и превращаются в органы или части тела (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема органогенеза и гистогенеза у зародыша высшего позвоночного.

1 – кожная эктодерма; 2 – ганглиозная пластинка; 3 – нервная трубка; 4 – хорда; 5 – дерматом; 6 – миотом; 7 – склеротом; 8 – нефротом; 9 – мезотелий; 10 – висцеральный листок спланхнотома; 11 – кишечная энтодерма; 12 – мезенхима; 13 – внезародышевая энтодерма; 14 – эндотелий аорты; 15 – желточная энтодерма; 16 – целом.

1. Развитие производных энтодермы.

Сформировавшаяся кишечная трубка позвоночных может быть разделена на три отдела: переднюю, среднюю и заднюю кишки. Наиболее сложно дифференцирована передняя кишка. Относительно долгое время она представляет собой слепой вырост, так как ротовое отверстие прорывается на сравнительно поздних стадиях. До этого времени передняя кишка успевает дифференцироваться на глотку, зачаток желудка и зачаток печени. Последний возникает из печеночного выроста. Кроме того, за счет материала передней кишки впоследствии формируются большая часть двенадцатиперстной кишки и поджелудочная железа. На более поздних стадиях развития из вентральной стенки передней кишки образуются зачатки легких. Они появляются непосредственно сзади глотки на вентральной стороне пищеварительного канала в виде парных выпячиваний.

Одна из наиболее характерных черт зародышей всех позвоночных — образование в стенке глотки жаберных карманов, часть которых превращается в сквозные жаберные щели. Наибольшее число жаберных щелей формируется у низших позвоночных. Например, у круглоротых их 14. У зародышей амфибий закладываются 5 пар жаберных карманов, из которых 4 задних открываются во внешнюю среду в виде жаберных щелей, а передний так и остается слепым выростом. При прорыве жаберных щелей покровная эктодерма соединяется с энтодермой передней кишки.

У зародышей амниот закладываются 4 пары жаберных карманов, из которых 3 передних на короткое время превращаются в жаберные щели, но впоследствии снова зарастают. Первая пара карманов превращается в евстахиевы трубы, соединяющие полости среднего уха с ротовой полостью. Из других жаберных карманов развиваются железы внутренней секреции: 3-я пара карманов дает начало парному зачатку зобной железы (тимусу), 4-я — паращитовидным железам. Все эти железы образованы преимущественно энтодермальной выстилкой жаберных карманов. Из энтодермы дна глотки в виде непарного выпячивания между 1-й и 2-й жаберными дугами формируется щитовидная железа.

В промежутках между жаберными щелями закладываются хрящевые жаберные дуги, образующие висцеральный скелет. Они строятся из переместившихся сюда клеток нервного гребня (эта закладка описана ниже). Чем выше организация позвоночного, тем больше сокращается число жаберных дуг, которые в ходе развития подвергаются все большим преобразованиям. У круглоротых и акуловых рыб закладываются 7 пар дуг, у других рыб — 5 пар. Хрящи 1-й пары превращаются у рыб в челюстные дуги, 2-й — в подъязычную дугу. У наземных позвоночных за счет хрящей первых двух пар возникают, кроме того, слуховые косточки. За счет остальных дуг у высших позвоночных формируются хрящи трахей. Кроме того, клетки дорсальных концов жаберных дуг участвуют в образовании головных нервных ганглиев. В морфологической дифференцировке легких, печени и поджелудочной железы много общего: она сводится к последовательному ветвлению первоначальных зачатков — выступов кишечного эпителия — на все более тонкие выросты, вклинивающиеся в окружающую их мезенхиму.

2. Развитие производных эктодермы.

2.1. Развитие кожи и ее придатков.

Кожа позвоночных развивается из двух зародышевых листков — эктодермы и мезодермы. Эмбриональная эктодерма сначала превращается в двухслойный, а затем в многослойный эпителий — кожный эпидермис. Его внутренний, прилежащий к мезодерме слой (ростковый, или мальпигиев) в течение всей жизни организма сохраняет функции камбия: в нем происходят клеточные деления, и вновь образующиеся клетки перемещаются во внешние слои эпидермиса, где дифференцируются. У всех наземных позвоночных дифференцированные клетки внешних слоев эпидермиса (кератоциты) синтезируют роговое вещество — белок кератин. Дифференцировка клеток, синтезирующих кератин, сопровождается их инактивацией, они заполняются кератином, уплощаются, теряют ядро и формируют поверхностный омертвевающий слой кожи.

Мезодермальный слой кожи (дерма) образуется соедини­тельнотканными клетками, происходящими из кожных листков сомитов (дерматомов). За счет деятельности клеток дермы формируются коллагеновые, эластические и ретикулярные волокна.

2.2. Развитие центральной нервной системы и органов чувств (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Последовательные стадии (А—В) развития головного мозга зародыша позвоночных: вм — воронка мозга; вме — центральная мозговая складка; мп — мостовой изгиб; зп — затылочный изгиб; нкк—нервнокишечный канал; пп — нейропор; ими — первичный мозговой пузырь; .х — хорда; тн — теменной изгиб.

Нервная трубка зародышей всех позвоночных вскоре после своего замыкания состоит из более широкого переднего и более узкого заднего отдела. Расширенный передний отдел называют первичным мозговым, пузырем (первичным головным мозгом — archencephalon). Первичный головной мозг открывается наружу нейропором, а задний отдел посредством нервно-кишечного канала связан с задним отделом гастроцеля (в области дорсальной губы бластопора). Нейропор и нервно-кишечный канал впоследствии зарастают.

Нервная трубка по средней линии подстилается хордой, которая доходит до задней границы первичного головного мозга. Последний подстилается тканью, происшедшей из прехордальной пластинки. Как правило, задняя граница первичного головного мозга также отмечена резкой складкой вентральной стенки нервной трубки (вентральная мозговая складка), спереди от которой вентральная стенка первичного мозгового пузыря образует воронкообразный выступ (infundibulum), или воронку мозга. Вентральная мозговая складка и воронка формируют характерный для всех позвоночных теменной, или среднемозговой, изгиб. В дальнейшем передняя часть нервной трубки дифференцируется на три мозговых пузыря: передний (prosencephalon), расположенный спереди от вентральной складки, средний (mеsencephalon), находящийся над этой складкой, и задний (rhombencephalon), без резкой границы переходящий в спинной мозг. У зародышей высших позвоночных уже на стадии трех мозговых пузырей при взгляде сверху отчетливо видны боковые выступы переднего мозгового пузыря, впоследствии дающие начало глазным зачаткам.

Позже передний мозговой пузырь подразделяется на два отдела: передний (telencephalon) и промежуточный (diencephalon) мозг. Из боковых стенок последнего в дальнейшем развиваются глазные зачатки. Средний мозговой пузырь в дальнейшем не расчленяется, а первичный задний мозговой пузырь подразделяется на задний (metencephalon) и продолговатый (myelencephalon) мозг, переходящий без резкой границы в спинной мозг. У низших позвоночных эти отделы мозга лежат примерно в одной плоскости, а у высших — головной мозг вскоре после формирования названных отделов образует новые резкие изгибы: затылочный и мостовой. Затылочный изгиб находится на месте перехода спинного мозга в продолговатый и направлен в ту же сторону, что и теменной, мостовой изгиб располагается в области заднего мозга и назван так потому, что в вентральной стенке этого мозгового пузыря впоследствии возникает варолиев мост. Этот изгиб направлен -в сторону, обратную двум другим изгибам. Все мозговые изгибы особенно хорошо выражены у высших млекопитающих и человека.

2.3. Нервный гребень и его производные.

При смыкании нервной трубки клетки нервных валиков располагаются над ее дорсальной частью. Образованная ими структура называется нервным гребнем. Уже в процессе замыкания нервной трубки клетки нервного гребня выходят из состава нервных валиков и мигрируют в разных направлениях, проявляя формообразовательные потенции. Некоторые клетки нервных валиков формируют хрящи висцерального скелета, мышцы кожи и ресничного тела глаза, рыхлую соединительную ткань лица, языка и нижней челюсти, а также входят в состав аденогипофиза, паращитовидных желез и мякоти зуба. Таким образом, клетки нервного гребня проявляют способность формировать такие закладки (например, хрящи), которые в других случаях возникают из мезодермы.

3. Развитие производных мезодермы.

3.1. Осевая мезодерма. У всех позвоночных имеются осевая и боковая мезодермы, причем осевая мезодерма подразделяется на сомиты (метамеризуется; рис. 5.3).

Рис. 5.3. Развитие целомической мезодермы у зародыша человека:

А – поперечный разрез зародыша, имеющего около десяти сомитов (при малом увеличении микроскопа); Б – тот же разрез при большем увеличении: 1–двухслойный амнион; 2–энтодермальный эпителий тела зародыша; 3–нервная трубка; 4–сомит без ясно выраженного деления на дерма-миотом и силеротом; 5–нефротом; 6–соматоплевра; 7–спланхноплевра; 8–целомическая полость, 9–хорда; 10–однослойный энтодермальный эпителий кишечника зародыша; 11–стенка желточного мешка.

Способ закладки и дифференцировки сомитов в разных классах хордовых неодинаков. У ланцетника сомиты формируются в виде энтероцельных выпячиваний архентерона и с самого начала содержат участок целомической полости. У большинства позвоночных сомиты сначала закладываются в виде сплошных скоплений мезодермальных клеток и лишь позже в них возникают полости путем расхождения этих клеток (рис. 5.4).

В ходе дальнейшего развития сомита из его клеток образуются три основные закладки. Наружная, обращенная к эктодерме стенка сомита формирует кожный листок, или дерматом. Из его клеток впоследствии возникает соединительная часть кожи, представленная преимущественно фибробластами. Внутренняя часть сомита, примыкающая к хорде (низшие позвоночные) или к хорде и нервной трубке (высшие позвоночные), образует склеротом — зачаток осевого скелета, вскоре распадающийся на отдельные клетки.

Рис. 5.4. Дифференциация сомита у куриного зародыша.

а – нерасчлененный сомит (36 час. инкубации); б – сомит, дифференцированный (72 час. инкубации) на дерматом (1), миотом (2) и склеротом (3).

Часть сомита, расположенная между дерматомом и склеротомом,— миотом — зачаток всей поперечно-полосатой мускулатуры (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Развитие миотома:

А – дерматом и миотом у зародыша миноги (разрез проведен на уровне предпочки); Б – поперечный разрез в области продолговатого мозга головастика травяной лягушки: 1 – спинной мозг, 2 – энтодермальный эпителий кожи, 3 – дерматом, 4 – слеротом, 5 – миотом, 6 – хорда, 7 – соматоплевра, 8 – спланхноплевра, 9 – нефротом, 10 – спинной и продолговатый мозг, 11 – мезенхима, 12 – закладка туловищной мускулатуры.

В разных классах позвоночных соотношение и темпы развития этих частей сомита неодинаковы. У низших позвоночных основная часть сомитов, как правило, представляет собой миотомы. У высших позвоночных сомиты вначале подразделяются на дерматом и массу склеротомных клеток, а миотом (точнее, скопление эмбриональных мышечных клеток—миобластов) появляется позже на внутренней поверхности дерматома.

Вначале осевая мезодерма метамеризуется не только в туловищной, но и в головной части тела зародыша, Однако во взрослом состоянии лишь у ланцетника в области головы сохраняется метамерная структура. У других позвоночных головные сомиты распадаются вскоре после своего возникновения. Основная часть их клеток образует парные хрящевые закладки задней части черепа — парахордалии. Таким образом, эта клеточная масса по своим потенциям соответствует склеротомам.

3.2. Развитие органов выделения. У анамний последовательно развиваются два сменяющих друг друга органа выделения: головная почка, или предпочка (пронефрос), и туловищная, или первичная, почка (мезонефрос). У взрослых анамний функционирует обычно мезонсфрос, хотя у личинок и даже у взрослых круглоротых и некоторых костистых рыб пронефрос также участвует в функции выделения (рис. 5.6).

Рис.5.6. Первичная почка на схематическом поперечном разрезе зародыша:

1 – миотом; 2 – вольфов проток; 3 – мюллеров проток; 4 – каналец первичной почки; 5 – клубочек; 6 – боуменова капсула; 7 – зачатковый валик; 8 – зачатковый эпителий; 9 – первичная почка; 10 – кишечная трубка; 11 – полость тела; 12 - аорта.

У амниот вслед за пронефросом и мезонефросом развиваются расположенная каудальнее тазовая почка — метанефрос, которая и функционирует (хотя у сумчатых млекопитающих до достижения половой зрелости действует мезонефрос). Все три типа почек образуются из мезодермы, находящейся в области ножек сомитов. Пронефрос развивается из ножек немногих передних сомитов, мезонефрос — из ножек почти всех туловищных сомитов, а метанефрос—из расположенного каудальнее скопления нефрогенной мезенхимы.

Наиболее четко метамеризация выражена в развитии пронефроса. Стенки его канальцев образуются непосредственно из стенок сомитных ножек. Поэтому канальцы пронефроса открываются своими внутренними концами в полость целома. Эти концы имеют вид воронок, покрытых ресничками,— нефростомов. Противоположные концы канальцев загибаются назад и сливаются друг с другом в парные продольные тяжи, из которых развиваются вольфовы каналы, или первичные мочеточники. Вольфовы каналы продолжают расти назад, индуцируя образование мезонефрических канальцев в более задних сегментах тела.

Канальцы мезонефроса также возникают из мезодермы сомитных ножек, но у большинства позвоночных ко времени образования мезонефрических канальцев мезодерма ножек отшнуровывается от сомитов и преобразуется в мезенхимную ткань. Из этой ткани и формируются метамерные мезонефрические канальцы, у которых впоследствии появляются многочисленные изгибы и ответвления. У зародышей анамний внутренние концы мезонефрических канальцев вторично соединяются с целомом посредством ресничных воронок, а у высших позвоночных канальцы слепо заканчиваются в мезенхиме. Наружные концы; канальцев открываются в первичный мочеточник, который индуцирует само образование канальцев.

У высших позвоночных от мезонефроса остаются лишь небольшие придатки половых желез — эпоофорон у самок и эпидимис у самцов. Функционирующей почкой у высших позвоночных, как уже говорилось, является метанефрос (тазовая почка). В строении метанефроса не остается уже никаких следов метамерии, и он не связан с целомом ни на одной стадии развития. Тем не менее нефрогенная мезенхима, из которой метанефрос построен, произошла из того же источника, что и материал про- и мезонефроса,— из ножек сомитов.

3.3. Половые железы и половые протоки. Стенки половых желез позвоночных развиваются из висцерального листка боковой пластинки на уровне ножек сомитов. Эти утолщения получили название герминативного эпителия. Половые клетки возникают из первичных гоноцитов и лишь позже заселяют половые железы.

3.4. Развитие сердца. У птиц парный зачаток сердца возникает в середине вторых суток инкубации в виде двух симметрично расположенных утолщений висцерального листка мезодермы, который тесно связан с энтодермой. Левый и правый зачатки соединяются лишь после сворачивания энтобласта в трубку головной кишки, причем вентральнее последней. Из объединившихся трубок висцеральной мезодермы возникает мышечная стенка сердца — миокард. Внутренняя оболочка сердца— эндокард — также получается в результате слияния двух трубчатых зачатков, образованных мигрировавшими по энтобласту и миокарду мезенхимными клетками. Единая сердечная трубка переходит в широкие желточные вены, несущие кровь от внезародышевой системы кровообращения со стенки желточного мешка. Сердечная трубка лежит в широкой перикардиальной полости, являющейся частью целома. Точно так же, как у цыпленка, развивается сердце у всех других амниот.

В отношении цитодифференцировки сердечная мышца отличается от скелетной тем, что здесь не сливаются миобласты и не образуются мышечные волокна. На протяжении всего гистогенеза эта ткань сохраняет клеточное строение.

Кровеносные сосуды позвоночных развиваются, по-видимому, исключительно из мезенхимы. Они закладываются в виде не связанных друг с другом кровяных островков — клеточных скоплений, внутри которых позже образуются просветы. Затем отдельные трубочки сливаются в рыхлую сеть. Эти стадии развития особенно хорошо видны на краю бластодиска зародышей птиц, но по существу не отличаются и у других позвоночных. Наружные клетки островков (ангиобласт) уплощаются и вступают в контакт друг с другом, образуя эндотелиальную стенку сосуда, а внутренние клетки (гемобласт) превращаются в клетки крови.