Эмбриология-развитие зародыша.Заслуги К.Бэра

Он проделал почти  такую же работу, которая прежде была осуществлена академиком Палласом. Он побывал с экспедицией на Новой Земле, где собирал коллекции животных и гербарии, проводил наблюдения. Затем отправился на берега Балтийского моря и Чудского озера, озера Селигер; вдоль Волги — к Каспийскому морю, на Кавказ, вверх по течению Куры, в Армению, на озеро Севан.

Ему удалось осуществить  свою мечту — посетить Геную, Венецию и Триест для изучения анатомии и эмбриологии низших животных. Бэр был великим эмбриологом и одновременно выдающимся географом, энтомологом и антропологом.

Почему его называют великим эмбриологом?

В свое время его труд «История развития животных», состоящий  из двух томов (второй том вышел через  девять лет после первого под  названием «Лекции о размножении и развитии органических тел»), получил очень высокую оценку современников. Книгу называли лучшим эмбриологическим произведением всех времен и народов, а автора — истинным творцом сравнительной эмбриологии, равновеликого как в наблюдениях, так и в размышлениях над ними.

Воспроизведение потомства  — процесс длительный и сложный. У тех организмов, которые размножаются бесполым путем, он идет значительно проще. У животных, размножающихся половым способом, Бэр различал два главных момента — образование яйцеклетки и ее оплодотворение. Из яйцеклетки  возникает целое — организм, подобный его родителям, организацию которых он воспроизводит при надлежащих условиях. Каким образом? Над этим вопросом ломало голову не одно поколение предшественников Бэра. Ему же удалось не только проследить развитие в основных чертах и во многих важнейших деталях, но и осмыслить его, сделать важные обобщения, позволяющие ориентироваться в ряде других биологических проблем, связанных с проблемой развития.

«Если взглянуть на весь процесс развития зародыша,— писал он,— то при этом раньше и больше бросится в глаза, что во время его развития из гомогенного  и общего постоянно возникает гетерогенное  и частное. Этот закон не был до сих пор достаточно ясно кем-либо сформулирован, а между тем он играет столь большую роль в превращениях, что вообще невозможно говорить о развитии, не выражаясь все время в духе этого закона».

Морфологическую картину  онтогенеза (индивидуального развития организма) нужно толковать как последовательно развертывающуюся дифференцировку первона-.чального зародыша. Бэр устанавливает три формы такой дифференцировки: первичное обособление, гистологическое обособление и морфологическое обособление.

«Первичное обособление  сводится к образованию «зародышевых листков», или «пластов». Затем идет гистологическая дифференцировка — образование клеток, создающих различные ткани: внутри листков обособляются хрящевая, мускульная и нервная ткани, а часть вещества зародыша делается жидкой и превращается в кровь».

Далее, обособившиеся  зародышевые «пласты» вскоре образуют трубки: кишечную, нервную и другие. Бэр называет их основными органами. Из них в дальнейшем формируются различные специальные органы. Кишечная трубка — это еще не пищеварительный канал, а «предтеча всей пищеварительной (и не только пищеварительной) системы органов, которым надлежит еще постепенно возникнуть путем впячиваний, выпячиваний, перетяжек, отшнуровываний и т. д. ...» Процесс развития специальных частей из общего основания Бэр называет морфологической дифференцировкой.

Зародыши различных ступеней развития, так же как и взрослые животные, могут меняться в зависимости от условий, в которых они развиваются. Это очень важное положение Бэра.

Бэр изучил содержимое около  двух тысяч куриных яиц и сравнил зародыши, находящиеся на одной и той же стадии развития. Они выглядели по-разному, причем различия были тем ярче, чем моложе зародыши. Он заметил, что позже 'различия сглаживаются.

Известны его описания уродств у рыб, кур, свиней. Он исследовал раннее развитие ракообразных, моллюсков, собак. К какому лагерю он принадлежал: к преформистам или эпигенетикам? Формула «или — или» в данном случае, пожалуй, неприемлема. «Все отдельное содержится раньше в общем,— считал он,— так что нигде не происходит новообразования, а только преобразование». Это разве не сродни преформизму? Нет, потому что Бэр ставит такой вопрос: может ли зародыш целиком заключать в себе все части взрослого организма, но настолько тонко построенные, что скальпель и микроскоп до них не в состоянии добраться? И отвечает на этот вопрос отрицательно.

Как же в таком случае нужно понимать его слова: в онтогенс имеют место не новообразования, а преобразования? Говоря о преобразовании, Бэр разом отрицает обанкротившееся учение о преформизме и традиционное вольфовское понимание эпигенеза, согласно которому организм зачинается из бесструктурного вещества.

И современная биология отвергает преформизм и эпигенез Вольфа. Но отвергая и то и другое, она объясняет, что в индивидуальном развитии организма имеет место и преформизм, и эпигенез.

В стадии яйца организмы  не менее отличаются друг от друга, чем в развитом состоянии. Из куриного яйца развивается цыпленок, а не лягушонок. Следовательно, различия заложены с самого начала. Где? На этот вопрос смогла ответить лишь современная  генетика.

Мы уже говорили, что  Бэру принадлежит честь открытия яйца у млекопитающих (собаки). Вот как он сам рассказывал об этом: «Рассматривая яичник, я заметил в одном пузырьке желтое пятнышко, а затем увидел то же самое и во многих других, но всегда толь; одно пятнышко. «Удивительно! — думал я.— Что бы это могло быть?». Я вскрыл пузырек и осторожно перенес пятнышко ножом в часовое стекло с водой и поставил под микроскоп. Взглянув в него, я отскочил, как пораженный молнией, так как явственно увидел очень маленький, отчетливо сформированный желтый желточный шарик. Я должен был перевести дух, прежде чем имел мужество снова взглянуть в микроскоп, так как боялся, что зрение меня обмануло... Итак, первичное яйцо собаки найдено! Оно не плавает в неопределенном положении в довольно вязкой жидкости граафова пузырька, а прижато к его стенке и удерживается на ней широким венцом более крупных клеток» '.

Во времена Бэра многие ученые не понимали роли сперматозоидов в оплодотворении, отдавая предпочтение в этом процессе семенной жидкости. Процесс оплодотворения еще предстояло открыть.

В «Истории развития животных»  у Бэра, помимо множества описаний зародышей -кур, рептилий, млекопитающих и человека, было много важных теоретических обобщений. |

В XIX столетии его достойными преемниками стали И. И. Мечников и А. О. Ковалевский.

« В самом начале шестидесятых годов в Петербурге стали говорить о появившемся в Харькове вундеркинде, чуть ли не с гимназической скамьи уже научившемся владеть микроскопом и даже печатающимся в иностранных журналах! Это был будущий Илья Ильич Мечников» — так писал о Мечникове К. А. Тимирязев.

Пройдя четырехгодичный  курс в университете за два года, став кандидатом, в 1865 году Мечников занялся делом, которое его давно влекло,— изучением зародышевого развития беспозвоночных. В том же году он встретился с Александром Ковалевским, и с тех пор началась их многолетняя совместная работа над важнейшими эмбриологическими проблемами.

Уже первые исследования были выполнены Мечниковым столь тщательно, что сам великий Бэр предложил ему подать.их на конкурс на премию его имени, учрежденную Петербургской Академией наук. Бэр писал Мечникову: «Я радуюсь вашей энергии и способностям и надеюсь, что Вы составите честь Вашему отечеству».

В 1867 г. премии Бэра были удостоены работы И. Мечникова и А. Ковалевского. В 1870 г. они вторично удостоились этой награды за свои дальнейшие эмбриологические исследования. В 1867 г. Мечникову было всего 22 года, и он был моложе многих своих студентов. (В то время его избрали на должность доцента кафедры зоологии Новороссийского университета в Одессе). Первая премия Бэра была присуждена ему за тончайшие исследования развития зародышей двукрылых: тлей, клопов, червецов и орехотворок. Техника микроскопии тогда оставляла желать много лучшего, и работа с микроскопом катастрофически снижала остроту зрения. Исследования были исключительно трудоемкими. Но, несмотря на все трудности, ему удалось доказать, что в ходе развития насекомых зародышевая полоска дифференцируется на два слоя. Он высказал гипотезу, что это расщепление и есть закладка зародышевых листков.

Исследования развития скорпионов подтвердили предположение, что учение о зародышевых листках с полным правом можно перенести на членистоногих. Публикации этих исследований появились в 1866 году, а в следующем году Мечников открыл зародышевые листки у головоногих моллюсков, о чем написал в своей магистерской диссертации. ,

Все эти открытия явились  сенсацией, так как доказывали единство происхождения позвоночных и беспозвоночных..

Тогда же друг Мечникова, Александр Онуфриевич Ковалевский, не жалел ни сил, ни времени, ни средств  на эмбриологические исследования, объектом которых служили разные животные. Наибольшую славу Ковалевскому принесло открытие личинки ланцетника и изучение его развития.

Ланцетник похож на маленькую  рыбку. Он был впервые обнаружен и описан академиком Палласом в 1778 г., принявшим его за слизняка. В 1839 г. немецкий ученый Иоганнес Мюллер установил его родство с позвоночными. Ковалевский недаром называл ланцетника «замечательной рыбкой». Изучение его развития, открытие его личинки, сходство которой с беспозвоночными оказалось много больше, чем с позвоночными, окончательно определили место ланцетника в системе животного мира. Ковалевский пришел к выводу, что ланцетник занимает промежуточное положение между позвоночными и беспозвоночными, являясь как бы связующим звеном между ними. Такое обобщение послужило новым, чрезвычайно важным подтверждением верности дарвиновской эволюционной теории.

Ковалевский установил также, что у других морских животных, асцидий, развитие зародышевых листков происходит по тому же типу, что и у ланцетника. В результате этого исследования оказалось, что асцидий — не «безголовые моллюски», за которых их принимали прежде, а деградированные формы хордовых. Они, подобно ланцетнику, еще одно связующее звено между позвоночными и беспозвоночными.

Благодаря этим работам  стало очевидно, что зародышевое развитие всех многоклеточных —от кишечнополостных до хордовых — идет в принципе одинаково. Этим было окончательно ниспровергнуто прежнее представление о том, что каждый тип животных по строению и развитию обособлен от других

В процессе зародышевого развития все многоклеточные животные проходят стадию гаструлы — двуслойного мешка. Гаструла образуется, когда одна из стенок зародыша, имеющего в это время форму щара, вдавливается внутрь его полости. Так бывает с резиновым мячом, когда он слабо надут. Таким образом, в определенный период развития все многоклеточные близки по форме к кишечнополостным, тоже представляющим собой двуслойный мешок.

Ч. Дарвин внимательно  следил за работами А. О. Ковалевского и в 1871 г. писал, что его открытия — чрезвычайной важности, так как они дают ключ к пониманию источника, откуда произошли позвоночные.

Огромнейшие заслуги  А. О. Ковалевского перед наукой были признаны при жизни. Его избрали почетным членом почти всех русских университетов, медицинских академий и всех обществ естествоиспытателей.

К. А. Тимирязев подчеркивал, что эмбриология XIX столетия особенно развилась в области зоологии и на долю русских ученых выпала в ее развитии самая выдающаяся роль. В начале XIX в. в этой области работали академики Пандер и Бэр, в конце его — И. И. Мечников и А. О. Ковалевский.

Сравнительная эмбриология, созданная этими талантливыми зоологами, имена которых получили мировую известность, стала новым направлением в науке.

В это же  время в  Германии над проблемами эмбриологии трудились Эрнст Геккель и Франц Мюллер. В замечательной работе о развитии ракообразных под названием «За Дарвина» Ф. Мюллер написал, что историческое развитие вида должно отражаться в истории его индивидуального развития. Позже (в 1866 г.) эта мысль была детально разработана Эрнстом Геккелем. Закономерность, подмеченная ими, получила название биогенетического закона Мюллера — Геккеля. Исследования Геккеля привели его к необходимости различать в онтогенезе два рода явлений: у каждого зародыша можно найти признаки, воспроизводящие состояние предков, и признаки приспособления к зародышевому развитию.

Сущность биогенетического закона заключалась в том, что  индивидуальное развитие организма (онтогенез) является кратким и быстрым повторением  исторического развития ряда предков  данного вида   (филогенеза).

Развитие человека начинается с одной клетки. И эволюция млекопитающих, к которым принадлежит человек, некогда началась с одноклеточных форм жизни. Но не только человек — все многоклеточные организмы начинают развитие с яйца, и все они в конечном счете произошли от одноклеточных предков.

            У  человеческого  зародыша  на  определенном этапе развития появляются жаберные щели. Это напоминание о том, что когда-то предками человека были существа, обитавшие в воде. Более того, зародыши всех высших позвоночных имеют в глотке жаберные карманы: все они филогенетически родственны и произошли от предков, живших в воде.

       Эмбриологи XVIII в. в основном выполнили задачу подробного изучения тех изменений формы, которые сопровождают развитие организма из яйца. Было необходимо сделать следующий шаг и заняться изучением причин, вызывающих эти изменения.

Середина XIX в. ознаменовалась появлением сравнительной эмбриологии. А конец принес рождение еще одной ее области — экспериментальной. Ее основоположником считают немецкого эмбриолога Вильгельма Ру (1850—1924). Само направление исследований было им названо механикой развития.

Где скрывается причина  развития яйца, в самом яйце или  во внешней среде? Очевидно, решить этот вопрос можно лишь путем эксперимента, так как наблюдений уже недостаточно. В 1885 г. вышла одна из первых работ Ру из серии «Данные по механике развития зародыша». Три года спустя он опубликовал результаты одного из дальнейших исследований под названием: «Об искусственном получении половинных зародышей путем разрушения одного из двух первых шаров дробления и о позднейшем развитии отсутствующей части тела».