III. Содержание отчета.
Отчет должен быть представлен на отдельных листах формата А4 или в альбоме.
Отчет должен содержать:
1. Цель работы.
2. Краткое описание процесса дробления и типов бластул, типов гаструляции у разных биологических типов.
3. Результаты исследований (микроскопическое изучение препаратов) и их анализ (с указанием использованных микроскопов, их увеличения, других приборов 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 процесса дробления.
2. В чем заключается отличие дробления от митотического деления?
3. Правило клеточного деления Гертвига-Сакса.
4. Зависимость дробления от количества желтка и свойства цитоплазмы.
5. Охарактеризовать основные типы бластул у животных с различным типом деления.
6. Характеристика ранней гаструляции.
7. Дать сравнительную характеристику ранней стадии гаструляции у разных позвоночных.
Рекомендуемая литература.
1. А.В.Белоусов. Биология индивидуального развития, 1983.
2. Т.М.Студеникина. Основы общей эмбриологии, 1999.
3. О.Д.Мяделец. Курс лекций по эмбриологии, 1995.
4. Ю.И.Афанасьев. Лабораторные занятия по курсу гистологии, цитологии и эмбриологии, 1999.
Лабораторное занятие № 4. Нейрогенез.
Цель работы: изучить процесс нейруляции и образования нервной трубки; изучить процесс образования нервного гребня и дифференцировку клеток нервного гребня; дать сравнительную характеристику нейруляции у млекопитающих и других позвоночных.
Оборудование, приборы и принадлежности: таблицы, микроскопы, микропрепараты, схемы, планшеты.
I. Теоретическая часть
1. Общая характеристика процесса нейруляции.
Развитие нервной трубки именуется нейруляцией. Зародыш позвоночных в период нейруляции называется нейрулой. Динамика нейруляции представлена последовательными стадиями образования нервной пластинки, нервного желобка и замыкания последнего в нервную трубку. Как только развивается нотохорд, эмбриональная эктодерма, расположенная над ним, начинает утолщаться и формировать нервную пластинку.
Обычно нейруляцию определяют как процесс скручивания нейральной эктодермы, расположенной на спинной стороне зародыша, в нервную трубку. В действительности это лишь часть тех формообразовательных движений, которые происходят в зародыше по окончании гаструляции. В целом эти движения состоят в конвергентном (сходящемся) смещении материала эктодермы и мезодермы к средней линии спинной стороны зародыша (вентродорсальные движения); происходит также растяжение дорсальной эктодермы зародыша в передне-заднем направлении.
Собственно нейруляционные движения в презумптивной нейральной эктодерме представляют собой часть этих движений и развиваются на их основе. Сначала нейральная эктодерма уплощается и превращается в нервную пластинку, которая в головной части зародыша шире, чем в туловищной (рис. 4.1). Края пластинки приподнимаются и образуют нервные валики, окаймляющие пластинку сплошной подковой. Затем поверхность нервной пластинки начинает довольно быстро сокращаться в поперечном направлении преимущественно за счет погружения ее наружных клеток в ее же внутренние слои. Одновременно она начинает складываться по средней линии. Возникающее по средней линии углубление нервной пластинки называется нервным желобом. Еще чуть позже края нервной пластинки смыкаются, и образуется нервная трубка, полость внутри которой называют невроцелем. Передняя расширенная часть нервной трубки превращается в головной мозг, а ее невроцель — в полость мозгового пузыря. Более узкая туловищная часть трубки превращается в спинной мозг, а его полость — в спинномозговой канал.
Рис. 4.1. Поперечные разрезы, иллюстрирующие образование нервной трубки и нервного гребня у зародыша амфибии. Нервный гребень покрыт точками.
В головном конце, где будет формироваться головной мозг, стенка нервной трубки широкая и толстая, в ней контурируются вздутия и сужения, соответствующие будущим отделам головного мозга. В каудальном направлении трубка сохраняет цилиндрическую форму и постепенно суживается. Два открытых конца нервной трубки (спереди и сзади) именуются передним и задним нейропорами. В эмбриогенезе млекопитающих благодаря наличию нейропоров через нервную трубку некоторое время «протекает» амниотическая жидкость. Позже нейропоры смыкаются. После смыкания нервного желобка в нервную трубку материал нервных валиков, расположенный сначала по периферии нервной пластинки, концентрируется вдоль средней линии зародыша дорсальнее трубки в виде образования, напоминающего петушиный гребень. Поэтому данную структуру называют нервным гребнем. Клетки нервного гребня не входят в состав центральной нервной системы; они дают множество различных производных.
Как только нервные валики сливаются и образуют нервную трубку, нейроэктодермальные клетки, располагающиеся между нервной трубкой и эктодермальным эпителием (клетки нервного гребня), мигрируют в стороны от нервной трубки и далее — по всему зародышу. Позднее эти клетки в разных участках эмбриона дадут начало нескольким клеточным популяциям, в том числе пигментным клеткам, клеткам мозгового вещества надпочечников, клеткам периферической нервной системы. Так из материала нервного гребня образуются клетки спинномозговых ганглиев и ганглиев вегетативной нервной системы. Ганглии V, VII, IX, X черепных нервов также частично являются производными нервного гребня. Помимо этого, клетки нервного гребня служат источником развития оболочек нервов, мозговых оболочек и других тканей.
Еще до начала скручивания нервной пластинки в трубку или в самом начале этого скручивания из осевой мезодермы точно по средней линии зародыша в виде тяжа обособляется хорда, или спинная струна (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Поперечный разрез зародыша курицы на стадии образования нервной трубки:
1 – эктодерма; 2 – энтодерма; 3 – сомит; 4 – нервная трубка; 5 – хорда; 6 – целом.
Формирование хорды и сомитов связано с интенсивной миграцией материала эмбриональной мезодермы в вентродорсальном направлении, к средней линии зародыша, т. е. к линии образования хорды. Таким образом, хорда образуется на месте встречи двух клеточных потоков, причем встречно движущиеся клетки втискиваются друг между другом. Это явление названо интеркаляцией клеток. В результате интеркаляции хорда удлиняется. Вентродорсальное движение мезодермы (совпадающее по направлению с нейруляционными движениями) характерно для туловищной области зародыша. В шейной и головной областях происходит обратное, дорсовентральное движение мезодермальных клеток, концентрирующихся на вентральной стороне тела, в области будущей закладки сердца.
Мезодерма, с которой связано развитие всех органов, состоит из парных частей: дорсальная, осевая разделяется на сомиты; латеральная, несегментированная - боковая пластинка или спланхнотом (греч.: splanchnon - внутренности, tomos - отрезок).
Вскоре после обособления хорды, еще до завершения нейруляции начинается метамеризация осевой мезодермы, т. е. ее разделение на парные сегменты — сомиты. Это один из важнейших морфогенетических процессов у позвоночных, закладывающий основы их опорно-двигательной системы. Метамеризация мезодермы идет в направлении спереди назад.
Сомиты (первичные сегменты тела) лежат по обе стороны от хорды и разделяются на 3 части: 1) наружная (латеральная) - дерматом, источник развития соединительнотканной основы кожи; 2) внутренняя (вентромедиальная) - склеротом, источник развития скелета; 3) промежуточная (дорсомедиальная) - миотом, зачаток скелетной мускулатуры. Сомиты располагаются по обе стороны от нервной трубки и дорсальной аорты. Их ветви растут к сомитам и приобретают метамерное положение. Сомиты связаны со спланхнотомами сомитными ножками или нефротомами - суженная, промежуточная мезодерма, источник развития предпочки и первичной почки. Каудальный отдел промежуточной мезодермы не сегментируется и образует метанефрогенныи тяж, источник развития нефронов окончательной почки.
Сплахнотом (парная боковая пластинка мезодермы) разделяется на 2 листка: висцеральный (внутренностный) - спланхноплевра, окружает энтодерму туловищной кишки, участвует в развитии кишечной трубки и ее производных; париетальный (пристеночный)- соматоплевра, участвует в формировании стенок целомической полости зародыша и ее производных. Мезодерма спланхнотомов служит источником развития мезотелия и главным источником мезенхимы, из которой развиваются все виды соединительной ткани, гладкая мышечная ткань, миокард. Мезенхима- это совокупность полиморфных (разных формы и строения) клеток разного происхождения и с различной судьбой. Первоначально мезенхимные клетки имеют звездчатую форму и благодаря своим длинным тонким отросткам образуют сеть с широкими интерстициальными (межуточными) каналами, по которым осуществляется дососудистая циркуляция тканевой жидкости. Вскоре после образования мезенхима теряет сетевидную структуру и уплотняется в результате увеличения концентрации клеток за счет митозов и продолжающегося выселения мезенхимных клеток из зародышевых листков и их производных. Эктодерма служит источником развития кожного эпителия (эпидермиса), волос, ногтей; сальных, потовых и молочных желез; части эпителия ротовой полости и прямой кишки, моче- и семявыносящих путей; эмали зубов. Нейроэктодерма образует нейроны и особую соединительную ткань (нейроглию), а также нейрогипофиз и эпифиз, хроматофинные клетки. Энтодерма является источником развития части выстилки воздухопроводящих путей и легочной паренхимы, части выстилки ротовой полости, эпителиев глотки, пищевода, желудочно-кишечного тракта, печени, поджелудочной железы, щитовидной и паращитовидных желез.
Хорда существует длительное время, вплоть до формирования скелетных позвонков, которыми она вытесняется. Располагается хорда под туловищной частью нервной трубки; ее передний конец как раз совпадает с границей туловищного и головного отделов. Спереди от хорды находится тонкий пласт клеток прехордальной пластинки, образующих выстилку глотки и ротовой полости. Сразу латеральнее материала хорды располагается мезодерма будущих сомитов; вентральнее границы нервной пластинки и покровной эктодермы этот материал плавно переходит в мезодерму боковой пластинки. Внутри зачатков сомитов возникает полость, переходящая в узкую щель, разделяющую боковую пластинку на два листка: париетальный, прилежащий к покровной эктодерме, и висцеральный, прилежащий к энтодерме. Внутренняя полость и щель образуют уже знакомую нам вторичную полость тела — целом. У зародышей амфибий, как и у подавляющего большинства других позвоночных животных, целом возникает путем расхождения клеток, т. е. шизоцельным путем. Только применительно к ланцетнику и некоторым акуловым рыбам можно говорить об энтероцельной его закладке (т. е. об отшнуровке от единой полости архентерона).