После образования в ходе гаструляции зародышевых листков начинается период органогенеза, в течение которого происходит дифференцировка эктодермы, мезодермы и энтодермы, приводящая к формированию органов и тканей зародыша. Строение зародыша усложняется, и для его подробного описания необходимо проведение специального курса, посвященного частной эмбриологии. В рамках пособия рассмотрим ключевые события этого периода развития. Основная цель этого и следующего занятий – получить представление об общем плане строения зародыша птиц в данный период развития.
Производные эктодермы. Начало дифференцировки эктодермы было рассмотрено на предыдущем занятии: выделение из наружного зародышевого листка нервной трубки с нервным гребенем и покровной эктодермы. После завершения нейруляции клетки нервного гребня мигрируют и дают начало черепным чувствительным ганглиям и нервам, ганглиям дорсальных корешков спинальных нервов, симпатическим ганглиям, шванновским клеткам, мозговому веществу надпочечников, меланоцитам. Кроме того, в головной области клетки нервного гребня мигрируют в жаберные дуги и участвуют в дальнейшем в формировании черепа и висцеральных хрящей и головной соединительной ткани.
Производные нервной трубки – центральная нервная система (головной и спинной мозг), органы чувств (нейральная часть органов зрения и слуха). Дифференцировка нервной трубки на головной и спинной мозг происходит одновременно с процессом нейруляции. Позже передний невропор закрывается, область головного мозга увеличивается в размере и подразделяется сначала на три мозговых пузыря: prosencephalon – первичный передний мозг; mesencephalon – средний мозг; rhombencephalon – первичный задний, а затем – на пять, при этом prosencephalon преобразуется в передний (telencephalon) и промежуточный (diencephalon), a rhombencephalon – в задний (metencephalon) и продолговатый (myelencephalon), mesencephalon же остается без изменений.
В дальнейшем передний мозговой пузырь (telencephalon – передний мозг) интенсивно вытягивается вперед и за счет впячивания снаружи в глубь перепонки (пограничной мембраны) разделяется на два отдела – зачатки двух полушарий мозга. При дифференцировке второго мозгового пузыря (diencephalon – промежуточный мозг) его боковые стенки выпячиваются, образуя так называемые глазные пузыри – зачатки нейральных частей глаз. На дорсальной стенке начинает развиваться эпифиз, а на вентральной – гипофиз. На уровне среднего мозгового пузыря (mesencephalon – средний мозг), на стадии поворота происходит первый изгиб мозга и одновременно в его дорсальной части закладывается четверохолмие – зрительные и слуховые центры мозга. В четвертом мозговом пузыре (metencephalon – задний мозг) нижняя и боковые стенки вступают на путь развития мозжечка, а верхняя – варолиева моста. Пятый мозговой пузырь (myelencephalon – продолговатый мозг) преобразуется в это время таким образом, что боковые его стенки утолщаются в связи с дифференцировкой проводящих путей от передних отделов мозга в сторону спинного. Это приводит к растяжению дорсальной стенки, которая хорошо просвечивает на тотальных препаратах, так как данный отдел мозга находится в боковом положении.
Продолговатый мозг переходит в спинной мозг. На протяжении шейного отдела зародыша спинной мозг выравнивается в плоское положение на желточном мешке. Хорошо видны его плотные боковые стенки и узкий просвет полости сквозь тонкую дорсальную стенку. Задний невропор на протяжении третьих суток инкубации закрывается.
Производными эктодермы являются также органы чувств (зрения, обоняния и слуха). Зачатки глаз, заложившиеся в форме пузыревидных выпячиваний промежуточного мозга, увеличиваясь, соприкасаются с эктодермой головы и начинают преобразовываться в двухслойную глазную чашу. Внутренний слой чаши – зачаток сетчатки, наружный – пигментного эпителия, а ее край (место перегиба внутреннего слоя в наружний) – радужки. Глазные чаши связаны теперь с боковой стенкой промежуточного мозга, их породившей, узким глазным стебельком под некоторым углом к нему и поэтому на препаратах видны у основания переднего мозга. Покровная эктодерма в месте соприкосновения с нейральным зачатком глаза начинает инвагинировать внутрь полости глазной чаши (вторичной полости глаза), образуя хрусталиковую плакоду. Затем края хрусталиковой плакоды смыкаются, образуется пузырек – зачаток хрусталика, который отделяется от покровной эктодермы. После отделения хрусталикового пузырька эктодерма над ним просветляется и превращается в роговицу глаза. У передней границы telencephalon заметны два утолщения нейроэктодермы – зачатки обонятельных плакод. Позже отростки нервных клеток, развившихся в плакодах, будут врастать в переднюю стенку полушарий и формировать здесь центр обоняния. Орган слуха закладывается в эктодерме на уровне продолговатого мозга около его боковой стенки сначала в форме двух углублений (слуховых ямок), а затем отшнуровавшихся слуховых пузырьков.
Производные мезодермы. Средний зародышевый листок еще на стадии нейруляции разделяется на несколько частей, различающихся по расположению в теле зародыша и по дальнейшей судьбе:
1) головная мезенхима;
2) хорда;
3) мезодерма сомитов (осевая мезодерма);
4) промежуточная мезодерма (или ножки сомитов, или нефротом);
5) латеральная (боковая) мезодерма (мезодерма боковой пластинки).
Головная мезенхима лежит спереди от первой пары сомитов. Головная мезодерма, в отличие от туловищной, не разделяется на дорсальную мезодерму и мезодерму боковой пластинки и состоит из рыхло лежащих мезенхимных клеток.
Материал хорды и сомитов называют дорсальной мезодермой. Хорда располагается вдоль центральной оси зародыша. При формировании позвонков клеточный материал хорды входит в состав межпозвоночных дисков. Материал дорсальной мезодермы, не вошедший в состав хорды, располагается по бокам от нее в виде двух пластов, из которых образуются сомиты. Сомиты закладываются парами (с двух сторон от хорды), их формирование начинается с головной области и распространяется в каудальном направлении. У эмбриона курицы каждый сомит представляет собой пузырек, стенка которого состоит из эпителизированных клеток. Впоследствии сомиты дифференцируются на дерматом (дорсолатеральная часть сомита), миотом (центральная часть) и склеротом (вентромедиальная часть). Дерматом дает начало дерме кожи, миотом – мускулатуре осевого скелета, а склеротом – хрящам и костям осевого скелета. При этом первый позвонок формируется из задней половинки склеротома четвертого сомита и из передней половинки склеротома пятого, второй позвонок – из задней половинки склеротома пятого сомита и передней половинки склеротома шестого и т. д. Когда число пар сомитов достигает 8–10, передняя пара начинает рассеиваться. Ее клетки (как и клетки следующих двух пар сомитов) будут формировать мезодермальные структуры головы зародыша (оболочки мозга), участвовать в развитии мезодермальных частей органов чувств и др.
Промежуточная мезодерма сначала сегментируется, как и мезодерма сомитов, и формирует ножки сомитов. Впоследствии из промежуточной мезодермы последовательно образуются три поколения почек: пронефрос, мезонефрос и метанефрос, а также гонады. Все почки представляют собой парные образования. Пронефрос (предпочка, или головная почка) располагается в головном конце тела и у эмбрионов птиц как экскреторный орган не функционирует. Мезонефрос (первичная или туловищная почка) образуется каудальнее пронефроса и у птиц функционирует как выделительный орган в эмбриональный период, а потом дегенерирует. Некоторые его протоки сохраняются в составе половых органов. Метанефрос (вторичная или тазовая почка) возникает позже мезонефроса и каудальнее него. Он начинает функционировать в поздний эмбриональный период и существует как постоянная почка у взрослого организма. Пронефрос у зародыша курицы закладывается на стадии инкубации 36 ч, а мезонефрос – примерно 55 ч (стадия 29–30 сомитов).
В процессе дифференцировки промежуточной мезодермы дистальная часть ножек сомитов, начиная с краниальной области, сливается в длинный тяж. В нем возникают первичные почечные Протоки (левый и правый), с которыми соединяются канальцы пронефроса, а позже – и мезонефроса. С того момента, как первичные почечные протоки соединяются с канальцами мезонефроса, их называют мезонефрическими протоками, или вольфовыми каналами.
Позднее в каудальной области каждого протока, вблизи от места их впадения в клоаку, образуется дивертикул – будущий мочеточник. Он индуцирует формирование структур мезонефроса из наиболее каудальной части промежуточной мезодермы. На ранних этапах формирования мезонефроса медиальнее вольфовых протоков формируется мюллеров проток, который не участвует в формировании выделительных органов. При дифференцировке пола по женскому типу вольфовы каналы и канальцы мезонефроса дегенерируют, а из мюллеровых протоков образуются яйцеводы. При дифференцировке пола по мужскому типу, напротив, мюллеровы протоки существуют недолгое время на начальных этапах дифференцировки почек, а потом дегенерируют, а из канальцев мезонефроса и вольфовых каналов формируются придатки семенника и семявыводящий канал.
Латеральная мезодерма не сегментируется, а разделяется на два листка – париетальную (наружную) латеральную мезодерму, прилежащую к эктодерме, и висцеральную (внутреннюю) латеральную мезодерму, прилежащую к энтодерме. Париетальная мезодерма зародышевой области участвует в формировании стенки тела цыпленка и почек конечностей. Висцеральная мезодерма дает начало мезодермальной компоненте кишечника, печени, легких и некоторых других внутренних органов зародыша. Из нее образуется также закладка сердца. Закладка зачатка сердца в виде двух эндокардиальных трубок на стадии инкубации 25–26 ч на уровне передних кишечных ворот. В процессе формирования туловищной складки и отделения тела зародыша от внезародышевой области парные закладки сердца сближаются и к 27-му часу инкубации их эпимиокардиальные области объединяются вентральнее кишки зародыша. К 29-му часу инкубации сливается эндокардиальная выстилка двух сердечных трубок и образуется непарная закладка сердца.
На стадии инкубации 30 ч закладка сердца начинает подразделяться на отделы и изгибаться вправо. К 36–38-му часу сердечная трубка приобретает U-образную форму и на тотальных препаратах эмбрионов этого возраста хорошо различимы предсердие и желудочек. Во внезародышевую область от закладки сердца отходят два крупных сосуда – желточные вены, а от желудочка в краниальном направлении отходят два ствола вентральной аорты.
Во внезародышевой области париетальный листок латеральной мезодермы участвует в формировании амниона и серозы, а висцеральный листок – в формировании стенки желточного мешка и аллантоиса. На стадии поворота на уровне повернувшегося на левый бок зачатка мозга непосредственно под ним видна хорда. Ее передний конец доходит до уровня среднего мозга, что, по-видимому, способствует образованию первого мозгового изгиба. В шейном отделе зародыша хорда скрывается под нервной трубкой спинного мозга. В туловищной, а затем и в хвостовой областях зародыша продолжается сомитогенез: от 19 пар – на стадии инкубации 48 ч до 40 пар – к концу третьих суток. Сомиты видны как парные образования на протяжении плоско лежащей части зародыша, а на уровне поворота (шейный отдел) левый ряд сомитов скрывается под нервной трубкой, а правый ряд ложится над ней.
Зачаток сердца (висцеральная мезодерма) располагается в целом выше уровня поворота в форме петлеобразной изогнутой трубки. Часть зачатка сердца, образованная слиянием зачатков желточных вен, лежит глубже на желтке. Отходящие от нее вены уходят на желточный мешок: правая вена идет под головой вперед, левая – под телом зародыша на уровне поворота идет вниз, на желточный мешок и здесь разветвляется на сеть мельчайших капилляров. Часть зачатка сердца – артериальный конус – лежит выше, переходит в брюшную аорту, разветвляясь на жаберные артерии, которые сливаются под хордой в спинную аорту. Спинная аорта тянется вдоль головы и на уровне поворота раздваивается. В туловищной части обе ветви спинной аорты, перегибаясь почти под прямым углом, выходят на стенку желточного мешка. У края желточного мешка аорта разветвляется на мельчайшие капилляры. Капилляры вступают в контакт с капиллярной сеткой желточных вен. Характерной особенностью желточного кровообращения цыпленка является то, что артериальные сосуды выносят на желточный мешок из зародыша венозную кровь, а венозные капилляры собирают со стенок желточного мешка обогащенную кислородом артериальную кровь и несут ее к сердцу зародыша. Таким образом, стенка желточного мешка выполняет функцию органа дыхания.
Производные энтодермы. На третьи сутки инкубации уже сформирована головная кишка зародыша, которая является производным энтодермы. В этот период развития формируются четыре пары жаберных щелей (четвертая недоразвитая), в стенках которых проходят жаберные артерии. К этому времени завершается сомитогенез в хвостовой части и начинается развитие задней кишки. Механизм развития хвостовой кишки сходен с механизмом развития головной кишки, незамкнутая часть хвостовой кишки называется задними кишечными воротами. Под сомкнутую часть хвостовой кишки врастает хвостовая часть туловищной складки, Начиная таким образом отделять хвостовую часть зародыша от стенки его желточного мешка.
Энтодерма кишки зародыша в дальнейшем участвует в формировании многих внутренних органов, которые начинают формироваться как дивертикулы (выросты) соответствующих отделов кишки зародыша. Это закладки щитовидной и двух пар паращитовидных желез (глоточная область кишки), трахеи, бронхов и легких (задняя часть глотки) и печени (область кишки каудальнее желудка). Поджелудочная железа начинает формироваться как два парных и один непарный дивертикул кишки, которые появляются в области закладки печени. У четырехдневных куриных эмбрионов каудальная часть задней кишки расширяется. Это зачаток клоаки. Фабрициева сумка, один из основных органов иммунитета у птиц, формируется как дивертикул клоаки и тоже имеет в своем составе энтодермальный компонент. В состав этих органов кроме энтодермы входит висцеральный листок латеральной мезодермы.
Контрольные вопросы
1. Что такое органогенез.
2. Какие органы образуются из эктодерм?
3. Каким органам дает начало мезодерма?
4. Что образуется из энтодермы?
Павлодар, 2023