Эмбриогенез Птиц (Aves) на примере развития курицы

Тема 10. Эмбриогенез Птиц (Aves) на примере развития курицы.

Прогрессивные черты этой группы обнаруживаются и в приспособлении к размножению на суше. Эти приспособления в полной мере перешли к птицам по наследству от Пресмыкающихся и связаны с усложнением строения откладываемого яйца (яйцевые оболочки) и развитием зародышевых оболочек (т.н. «амниотическое яйцо»). Среди прочих усложнений в этом направлении можно назвать:

1. 
   Значительно более высокую механическую прочность скорлуповой оболочки, связанную с характером укладки кристаллов кальцита.
   
2. 
   Более мощные слои (разной вязкости) белковой оболочки, присутствующей на протяжении значительного периода инкубации. Белок здесь используется не только как источник воды, но и как питательный материал, служащий пищей развивающемуся птенцу, в особенности на последних сроках инкубации.
   
3. 
   У Птиц нет ни яйцеживорождения, ни живорождения.
   

Дробление у Птиц, как и у всех организмов с телолецитальными и полилецитальными яйцами, дискоидальное, меробластическое. Образование первой борозды в яйцах кур, индеек и голубя через 3-5 часов после оплодотворения. Первая борозда зарождается в центре бластодиска и проходит перпендикулярно к его поверхности (вертикальная борозда). Через ¼ часа после завершения образования первых бластомеров в бластодиске курицы начинает своё движение вторая борозда, проходящая перпендикулярно первой. Спустя 1 час возникает третья борозда. Ещё через час четвёртая борозда дробления (опоясывающая), оделяет центральный ряд бластомеров от периферического с образованием 16-клеточной стадии. Бластомеры, образующиеся в течение первых циклов дробления, характеризуются тем, что их верхние и боковые поверхности покрыты плазматической мембраной, тогда как базальная часть открыта в желток. Это т.н. «открытые клетки». Пятая борозда проходит параллельно поверхности желтка. После её завершения на поверхности центральной части бластодиска располагаются бластомеры, со всех сторон покрытые плазматической мембраной. Постепенно эти клетки сплачиваются, оставляя под собой подзародышевую полость. С 64-клеточной стадии «открытые» клетки присутствуют только на периферии бластодиска. До 32-клеточной стадии деления характеризуются синхронностью. После пятого цикла начинают выявляться различия в темпах дробления между периферией и центром бластодиска.

После 11 часов дробления зародышевый диск представляет собой непрозрачный слой клеток толщиной в 5-6 клеточных диаметров, отделённый от желтка подзародышевой полостью, заполненной жидкостью. Подзародышевая полость отделена от желтка мембраной (цитолеммой).

За несколько часов до откладки яйца обнаруживается просветление центральной области зародышевого диска. Было показано, что появление этой светлой области (area pellucida) есть результат истончения слоя клеток бластодермы, вызванного сбрасыванием (shedding) клеток нижних ярусов в подзародышевую полость с последующей их гибелью. Образование area pellucida – последовательный процесс, начинающийся в задней части бластодиска и распространяющийся в переднем направлении. Этот процесс совершается параллельно детерминации осей тела. Клетки периферического кольца бластодермы в нём участия не принимают и образуют area opaca; остается интактной и небольшая группа клеток, обрамляющая в виде серпа задний фрагмент маргинальной зоны (т.н. серп Раубера-Коллера).

Во время описанных событий (между 14 и 16 часами вращения яйца в яйцеводе) в радиальном эмбриональном диске происходит спецификация переднезадней оси и билатеральной симметрии. Установлена отчётливая корреляция между направлением вращения яйца и ориентацией будущего зародыша. Зародыш располагается на желтке перпендикулярно длинной оси яйца и обращён своим передним концом в направлении вращения. Яйцо в маточном отделе яйцевода поворачивается со скоростью 15 оборотов в час, при этом вращаются только скорлупа и белковая оболочка, желточный шар остаётся неподвижным. Бластодерма, имеющая меньший удельный вес, нежели желток, постоянно стремиться в верхнюю точку на желточной сфере, но подхваченная вращательным движением соседней белковой оболочки, занимает устойчивое наклонное положение. Предполагается, что в яйцах Птиц, как и в яйцах Рыб, субкортикальные детерминанты, локализованные на абэмбриональном полюсе, мигрируют на большое расстояние к заднему краю бластодиска, который впоследствии становится задней стороной эмбриона. По-видимому, детерминация новых осей у Птиц – процесс постепенный. Это доказывается результатами опытов, в которых полярность удаётся изменить путём разрезания, складывания бластодермы в разных направлениях и т.п. Окончательное становление переднезадней оси и билатеральной симметрии зародыша произойдёт уже после откладки яйца и только после образования в бластодерме первичной полоски.

В ходе инкубации изменения в морфологии бластодермы начинаются с образования гипобласта. Многочисленные исследования подтвердили идею о том, что гипобласт образуется из двух разных составляющих: популяции ингрессирующих клеток и популяции клеток, берущих свое начало из заднего участка бластодермы (задней маргинальной зоны). Клетки первой популяции частично уже присутствуют к моменту откладки яйца; в отложенном яйце к ней присоединяются, заполняя свободное пространство, активно перемещающиеся в переднем направлении клетки гипобласта из задней маргинальной зоны. Проходя уровень серпа Раубера-Коллера, клетки гипобласта приобретают способность индуцировать в поверхностном слое (эпибласте) образование первичной полоски. Через 4-5 часов инкубации (при 37,5^о)бластодерма курицы представляет собой двухслойный диск клеток, в котором верхний слой (эпибласт) отделён от нижнего слоя (гипобласта) узким пространством. Эту стадию развития принято считать бластулой, а полость между эпибластом и гипобластом – бластоцелем.

Направления клеточных движений в каждом из двух взаимодействующих клеточных слоев различны. В то время как клетки гипобласта проникают в центральную зону в виде наконечника стрелы и позже распространяются подобно струям фонтана в стороны, в эпибласте центральные клетки впереди от СР-К движутся в переднем направлении, образуя узкую, удлиняющуюся первичную полоску, а располагающиеся латерально, вовлекаются в конвергентные движения и после достижения средней линии смещаются вперед уже в составе полоски (движения «полонеза»).

• 
  Эпибласт дает начало всем тканям зародыша, тогда как клетки гипобласта все время остаются внезародышевыми.
  
• 
  Гипобласт - смешанная клеточная совокупность, состоящая из двух популяций разного происхождения.
  
• 
  Клетки гипобласта движутся вперед и в латеральном направлениях, образуя в конце концов нижний слой герминативного гребня, откуда впоследствии переходят в желточный мешок (рис.-схема).
  

• 
  Он является главным переносчиком ППК к месту их накопления в переднем герминативном гребне.
  
• 
  Возможно, он обеспечивает субстрат для направленного перемещения мигрирующих из полоски клеток мезодермы.
  
• 
  Но главное назначение гипобласта канализировано на выполнении важнейшей морфогенетической функции - индукции первичной полоски в эпибласте.
  

Возникнув в виде утолщения на заднем конце зародыша, ПП в результате конвергентного вытяжения распространяется вперед, вдоль нее формируется первичная бороздка и утолщение на переднем конце – гензеновский узелок, в центре которого находится воронкообразное углубление, через него клетки могут проходить в бластоцель. ПП гомологична бластопору, а гензеновский узелок – его дорсальной губе у зародыша Амфибий. По мере формирования ПП изменяется паттерн карты зачатков. Клетки, мигрирующие через гензеновский узелок, проходят в бластоцель и затем вперед, давая эндодерму передней кишки, мезенхиму головы и передний отдел хорды; клетки, проходящие через боковые отделы ПП, дают эндодермальные и мезодермальные (параксиальную, латеральную и вентральную мезодерму) ткани. В отличие от эндодермы Лягушки, мигрирующей в бластоцель как слой клеток, клетки зародышей Птиц перемещаются в результате индивидуальной активности путем ингрессии, при этом клетки будущей эндодермы и мезодермы приобретают мезенхимную организацию; архентерон у зародышей птиц не образуется.

К 22 часам инкубации большая часть эндодермы находится уже внутри зародыша, оттеснив на периферию гипобласт, в то время как презумптивная мезодерма еще долго продолжает выселяться. В это время начинается следующая фаза гаструляции – движение (регрессия) гензеновского узелка, находившегося почти в центре area pellucida, к заднему концу, при этом он оставляет за собой материал хорды (внутри) и дна нейральной трубки (снаружи); первичная полоска при этом укорачивается. Популяция клеток гензеновского узелка уникальна, она содержит асимметрично пролиферирующие полипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться в эндодерму, мезодерму и эктодерму (давая передний отдел кишки, осевую мезодерму и нейроэктодерму – пластинку дна нейральной трубки). Экспрессия регуляторных генов (транскрипционный фактор goosecoid, секретируемые белки chordin, noggin, follistatin и др.) делает эту структуру организатором. В крайнем заднем положении материал гензеновского узелка входит в состав хвостовой почки. Для зародышей Птиц также характерен переднезадний прогресс развития: пока на заднем конце зародыша все еще продолжается гаструляция, на переднем уже идет нейруляция, сегментируется мезодерма сомитов, образуются боковая и головная складки, отделяющие зародыш от желтка.

Одновременно с перемещением презумптивных эндодермы и мезодермы внутрь зародыша предшественники эктодермы пролиферируют, замещая уходящие из эпибласта клетки, и, более того, мигрируют из area pellucida, окружая желток путем эпиболии. Субстратом для мигрирующей эктодермы служит внутренняя поверхность желточной оболочки; процесс обрастания желтка длится около 4 суток.

1. 
   ДЕМОНСТРАЦИЯ. Эмбрион курицы. Неинкубированная бластодерма (образование гипобласта). Поперечный срез (увеличение: лучше объектив × 20 и ок. ×10). На рисунке отметить: area opaca, area pellucida, эпибласт и гипобласт, желток.
   

2. 
   Эмбрион курицы. Стадия «зародышевого щитка» (тотальный окрашенный препарат). Через 4-5 часов после начала инкубации при температуре +37,5º в задней трети area pellucida становится отчётливо видно уплотнение в виде щитка. Оно появляется в результате более плотного расположения клеток гипобласта в этой области. Смотреть обязательно с помощью бинокуляра. На рисунке отметить: area opaca, area pellucida, зародышевый щиток, собственно.
   

3. 
   Эмбрион курицы. Стадия «дефинитивной полоски», (стадия 4 по H&H, 18-19 часов инкубации). Тотальный окрашенный препарат. Смотреть и рисовать обязательно под бинокуляром. На рисунке отметить: area pellucida, area opaca, гензеновский узелок, первичную бороздку, первичную пластинку.
   

4. 
   Эмбрион курицы. Стадия «дефинитивной полоски», (стадия 4 по H&H, 18-19 часов инкубации). Поперечный окрашенный срез на уровне первичной бороздки. Смотреть срез на всю ширину, рисовать область первичной бороздки и примыкающие к ней участки бластодермы. Отметить: первичную бороздку, эктодерму, мезодерму и эндодерму.
   

5. 
   Эмбрион курицы. Нейрула. Стадия «головной складки», (стадия 6 по H&H, 22-24 часа инкубации). Тотальный окрашенный препарат. Через 1-3 часа после начала выселения из гензеновского узелка в переднем направлении клеток хордомезодермы, в непосредственной близости от передней границы с area opaca впереди от нейральных валиков становится видимой головная складка (в виде серпа, обращённого к зародышу). Её появление - первый признак начинающегося процесса обособления тела зародыша от желтка. Эта первая туловищная складка возникает в результате подворачивания в сторону зародыша внезародышевых экто- и эндодермы с образованием подголовного кармана и фрагмента передней (головной) кишки. В это же время появляются видимые границы первой пары сомитов. Смотреть и рисовать обязательно под бинокуляром. На рисунке отметить: area opaca и area pellucida, головную складку, нейральные валики, нотохорд, гензеновский узелок и первичную полоску, первую пару сомитов (её может и не быть).
   

6. 
   Эмбрион курицы. Нейрула. Стадия 10 п.с. Могут подойти и более молодые или, напротив, несколько более взрослые эмбрионы (стадия 10 по H&H, 30 часов инкубации). Тотальный окрашенный препарат. Зародыш на этой стадии выглядит значительно более развитым, в особенности в головной области. Голова вытянулась вперёд и заметно выступает над бластодермой, соответственно увеличилась глубина подголовного кармана и длина передней кишки. В головном отделе произошло слияние нейральных складок с образованием нейральной трубки, а к 30-му часу инкубации передний отдел нейральной трубки значительно расширяется, в ней становятся отчетливо видны три отдела (первичные мозговые пузыри), а также латеральные выпуклости – первичные глазные пузыри. Параксиальная мезодерма дает к этому времени 10 пар сомитов. Появляется сердце в виде почти прямой трубки, расположенной по средней линии и сообщающейся с двумя желточными венами. На этой стадии внезародышевое сосудистое поле (area vasculosa) быстро расширяется и приобретает ячеистое строение. Отметить: передний нейропор, передний, средний и задний отделы мозга, границу передних кишечных ворот, хорду, сомиты, гензеновский узелок и первичную полоску, area vasculosa, нейральную трубку, желточную вену.
   

7. 
   Эмбрион курицы. Нейрула. Сомитные стадии. Три препарата (поперечные срезы на разных уровнях) :
   
   1. 
      Уровень передней кишки (головной отдел);
      
   2. 
      Уровень передних кишечных ворот;
      
   3. 
      Уровень туловищного отдела (сомиты),
      

8. 
   Трёхсуточный зародыш курицы. Поперечный окрашенный срез через среднюю часть туловища. Отметить высоко поднятые амниотические складки (4), растущие в медиальном направлении, и увеличившееся в этой области количество мезенхимы по сравнению с более ранними стадиями. Зарисовать и отметить: эктодерму (1); нервную трубку (2); нервный гребень (3); сомиты (5); соматическую мезодерму (6); спинную аорту (7); промежуточную мезодерму (8); спланхническую мезодерму (9); целом (10); желточные вены (11); эндодерму (12).