Эмбриология

Эволюциялық эмбриология ғылымының пайда болуына орыс ғалымдары А.О.Ковалевский (1840-1901 жж.) мен И.И.Мечников (1845-1916 жж.) орасан зор үлес қосты.

Сол кездегі зоологтар алдында кейбір типтердің: құрттар, бассүйексіздер, қабықшалылар, иықаяқтылар, губкалар, қылтанжақтылар, ішекқуыстылар, буылтық құрттар, бүйіржүйкелілер, күрекаяқтылар мен бас аяқты моллюскілер, шаянтəрізділер, өрмекшітəрізділер мен бунақденелілердің – шынайы систематикалық орнын, демек, қалған жануарлар əлемімен филогенетикалық қатынастарын табу мəселесі тұрды.

А.О.Ковалевский бірінші болып омыртқасыздардан ұрық жапырақшаларын тапты жəне барлық жануарлардың дамуы бірыңғай жоспармен жүретінін дəлелдеді. А.О. Ковалевский мен И.И.Мечников дəлелдеген ұрық жапырақшаларының гомология идеясы барлық Меtаzоа пайда болуы бірлігінің эмбриологиялық дəлелі болды.

Эмбриология ғылымында суреттеу мен салыстырмалы кезеңдерінен соң ХІХ ғасырдың   70-80 жж. эксперименттік бағыт туды. Эмбриологиялық зерттеулерде эксперименттік əдістерді пайдалану нəтижесінде, даму механизмін анықтау жəне эмбриогенез процесіне мақсатты ықпал ету мүмкіндігін зерттеу қажет болды. Жаңа бағыттың қалыптасуы, ең алдымен, неміс ғалымдары Г.Дриш (1867 – 1941 жж.), В.Гис (1831-1904 жж.), В.Ру (1850-1924 жж.), Г.Шпеман (1869-1941 жж.) есімдерімен байланысты.

Вильгельм Ру «даму механикасы» деп өзі атаған еңбегінде эксперименттік эмбриологияның басты мəселесі себептілік факторларды, дамуды белгілейтін механизмдерді табу деп санаған. Ол даму қатаң детерминацияланған жəне эмбриогенездің барлық кезеңдерінде өсіп келе жатқан ұрықтың барлық бөлшектері өзара тығыз байланысты деп ойлаған.

Көрнекті эмбриолог жəне анатом В.Гис заңды түрде аналитикалық эмбриологияның негізін қалаушы болып есептеледі. Ол бірінші болып, физикахимиялық методтарды қолданып, ұрық дамуының алғашқы кезеңдеріндегі морфогенез процестерінің талдауын жасады. Оның пікірі бойынша, келешек мүшелердің əлі қалыптаспаған бастамалары жұмыртқада немесе əлі дифференциалданбаған ұрықта тəртіппен топталған жəне оларды таңбалап картаға түсіру мүмкін.

Г.Дриш эпигенетикалық көзқарастарды ұстанды. Ол эксперимент арқылы ұрықтың бұзылып барып, дамудың табиғи жолын қайтадан құра алатын қабілетін көрсеткен. Ол теңіз кірпісінің ерте ұрығын қыл тұзақпен екі бластомерге бөліп, олардың əрқайсысынан да толық ұрық дами алатынын көрсеткен. Оны Г.Дриш эмбрионалды регуляция деп атаған.

Эксперименттік эмбриологияға Г.Шпеман да зор үлес қосты. Ол Г.Дриштің экспериментін қайталап, тритонның ерте ұрығын бөлу нəтижесінде бөлінген бөлшектердің кейінгі тағдыры сұр орақ аталған материал қай түрде таратылғанына байланысты екенін көрсетті. В.Ру мен Г.Дриштің зерттеулер бағыттарын жалғастырып, Ганс Шпеман ұрықтың болашақтағы дифференциациясы мен детерминациясы əр түрлі ұрық бөліктерінің өзара қатынасуы жетекші роль атқаратынын көрсетті. Г.Шпеман ұрықтың сұр орақ материалы жоқ бөлігінде білік мүшелер: нерв түтігі, хорда, т.б. түгелдей болмау фактісін талдай келіп, нерв жүйесі презумптивтік (болжалы) хордомезодерма материалының индукциялық əсерінен эктодермадан қалыптасады деген ойын айтты. Осы жорамалды тексеру үшін Г.Шпеман 1924 ж. айдарлы тритонның хордомезодерманың бастамасын қарапайым тритон ұрығының құрсақ энтодермасының астына қондырғанда, қондырылған хордомезодерма шынымен ие клеткасының нерв түтігіне айналуының индукциялағанын көрді. Осы құбылыс алғашқы эмбрионалды индукция деп аталды. Айта кету керек, пішін құру құбылыстарында эмбрионалдық индуктор əсерімен қатар регуляция процестері де байқалған.

Кейінгі, 50-80 жж. С.Тойвонен, Л.Саксен, П.Ньюкуп пен К.Гробстайн ұрық бөліктерінің өзара индукциялық қатынастарын зерттеп, бірқатар екінші индукцияларды тауып ашты.

Орыс ғалымы М.М.Завадовский құстар мен сүтқоректілердің ұрық «бөлшектерінің» өзара əрекеттесу нəтижесінде əр түрлі жыныстық белгілердің пайда болу механизмдерін айқындауға тырысты. М.М.Завадовский алғашқы рет гаметогенез, эмбриогенез, метаморфоз, регенерация жəне басқа морфогенетикалық процестерінің гормондық реттелуін зерттеді.

Мысалы, қораз айдары бас жамылғы ұлпаларынан аталық жыныс гормондары əсерімен өседі. Аталық жыныс безі алынып тасталса айдардың жойылуына апарып соғады, кезегінше, айдарды ампутациялау аталық жыныс безінің гипертрофиясына ұшыратады. Завадовский өсіп келе жатқан организмде тағы да бірқатар «əрекеттестік жүйелерді» эксперимент арқылы тапқан (аналық жыныс безі – жатыр, гипофиз – аналық жыныс безі, т.б.).

Орыс эмбриологы Д.П.Филатов омыртқалылардың есту мен көру мүшелерінің дамуын зерттеді. Соның нəтижесінде жаңа микрохирургия əдістерін ұсынды.

ХІХ ғасырдың 7080 жылдары Ф.Мишер мен Р.Альтман ашқан нуклеин қышқылдары ХХ ғасырдың 30шы жылдардың аяғында ғана геннің химиялық субстанциясы ретінде қарала бастады. Геннің физикалықхимиялық табиғатын 1953 ж. генетик Г.Уотсон мен физик Ф.Крик зерттеді. Олар ДНҚ–ның нəзік құрылысын анықтады.

Академик Б.Л.Астауров (1904-1974 жж.) генетикалық аппарат қызметінің негізі ретінде ядро мен цитоплазманың өзара əрекеттесу проблемаларын шешуге үлкен үлес қосты. ХХ ғасырдың 30жылдарында ол алғашқылардың бірі болып генетикалық ақпаратты жүзеге асыру жолы күрделі, көптеген факторларға тəуелді деген ой айтқан. Оның партеногенетикалық, андрогенетикалық жəне гиногенетикалық жасанды ұрпақ алу методтарының іс жүзінде қолдануға лайықты маңызы болды жəне олар дүниежүзілік ғылымға қосылған үлес ретінде батыл бағалануы орынды еді.

ХХ ғасырдың 50-60 жылдардағы клетка культивациясы жəне микрохирургиялық əдістер салаларында қол жеткен зор табыстар, жаңа қоршауда генетикалық потенциясын анықтау мақсатымен, соматикалық клеткалардың ядроларын ядросыз жұмыртқаға көшіру тəсілдерін табуға мүмкіндік берді. Р.Бриггс пен Т.Кинг 1955 ж. бақаның бластула немесе гаструла сатысындағы клетка ядроларын ұрықтанбаған партеногенетикалық дамуға дайындалған (уколмен) ядросыз бақаның жұмыртқасына көшіріп қондырған. Сонда шамамен 2530% жұмыртқаларында бөлшектену мен гаструляция басталды. Осыдан, бластула мен ерте гаструланың клетка ядролары əлде де «тотипотенттілік» сақтайды, яғни, əр бластомер ядросы зигота ядросымен генетикалық жағынан бірдей деген қорытындыға келеді. Дж. Гердон 1962 ж. шпорц бақаның итбалығы ішек эпителиясының клетка ядроларын микрохирургия əдісімен клеткадан бөліп алып, өз ядросы алынып тасталған жұмыртқаға енгізіп, соның нəтижесінде эмбриондық дамуын қамтамасыз ететін қабілетін дəлелдеді (расында, 726 қондырмадан 1,4% кемірек жағдайында).

Осы эксперименттер соңғы жылдары қарқынды дамып, бластомерден жəне соматикалық клеткалардан жануарларды клондау жолындағы бағыттың негізі болды. Алғаш шотландиялық ғалым Уилмут клондаған қой Доли (1997 ж.) жəне тағы Гавай университетінің профессоры Р.Янагимати мен оның ассистенті Т.Вакаяма (1998 ж.) клондаған тышқандар (тіпті екінші буында клондалған, яғни клондалып қойылған тышқандардан клондалған) мамандар ғана емес, кең жұртшылықты да таңқалдырды.

Жеке даму биологиясының тағы да бір саласы даму генетикасы. Даму генетикасы бұрын феногенетика деп аталынатын. Бүгінгі күнде даму генетикасы қарқынды дамып келе жатқан биологиялық ғылым. Ол тұқым қуалау ақпараттардың организмның жеке дамуындағы жүзеге асырылуын зерттейді, яғни, қандай жолдармен гендегі ақпараттар морфологиялық, биохимиялық, молекулалық белгілерге айналады.

Қазіргі таңда эмбриологиялық зерттеулер өте кең мəселелер шеңберін қамтиды, олардың ішінде мыналарды белгілеуге болады: молекулалыбиологиялық, биохимиялық жəне жалпы даму мен қартаю реттеуінің генетикалық механизмдері, клеткалық дифференцировка, атап айтқанда, пролиферация мен морфогенез; даму процесінде иммунитеттің қалыптасуы; гаметогенез зерттеу, ерекше бағалы үй малы мен жабайы жануарлардың сирек түрлерінің гаметалары мен ерте тұқымдарын культивациялау мен консервациялау проблемалары; трансген жануарларын алу; əр түрлі жағдайлардағы мүшелер мен ұлпалардың регенерациясын зерттеу.

Эмбриологиялық әдістер

Жеке даму биологиясында классикалық сипаттамалық əдіс қазіргі заманымызда да өзінің маңызын жойған жоқ жəне кеңінен қолданылады. Алғашқы кезде эмбриогенездің əр түрлі кезеңдеріндегі ұрық организмінің жалпы құрылысын қараған болса, соңынан зерттеушілер даму процесі кезінде ішкі мүшелердің бастамаларының салынуы мен нəзік құрылыстарына көңіл аудара бастады.

Салыстырмалы эмбриология XIX ғасырдың ортасында Ч.Дарвин еңбегі жарық көргеннен кейін дами бастаған. Қазіргі біздің заманымызда да салыстырмалы эмбриология өзекті болып қалып отыр, себебі, адам эмбриогенезінің көптеген нəзік механизмдерін жақсы түсіну үшін салыстырмалы əдістер арқылы алынған мəліметтер көп көмегін тигізуде.

Кино жəне видеотүсірмелер арқылы тірі ұрықтарды бақылау (негізі экспериментте қолданылады). Бұл үшін дамып жатқан ұрығы бар термокамерамен бірігетін арнайы микрофотоқұрылым қолданылады. Мысалы, тауық эмбрионын зерттегенде жұмыртқа қабығында мөлдір пластинкамен жабылатын саңылау жасалады. Бұл əдіс даму процесі кезіндегі ұрықтың өсіп, өзгеруін анықтап қадағалауға мүмкіндік береді.

Ұрықтың бекітілген кесінділерін жарық жəне электронды микроскопия, гисто-радиоавтография, гисто жəне иммуно-цитохимия əдістерімен зерттеу.

Алғашқы екі əдіс ұрық бөліктерінің даму динамикасында ұлпалық жəне клетка ішілік өзгерістерді талдауға мүмкіндік береді; гисто жəне иммуноцитохимиялық əдістердің көмегімен ұрықтың клеткаларындағы биохимиялық процестердің ерекшеліктері – ДНК, РНК, белок, арнайы (спецификалық) рецепторлық белоктардың синтезі зерттеледі. Осы əдісті қолданудың арқасында омыртқалылардың эмбриогенезіндегі клеткалық жəне ұлпалық дифференцировкасы туралы мəлімет алынды.

1925 ж. В.Фогт (1888-1941) ұсынған маркировка  əдісі дамып жатқан ұрық клеткаларының  көшуін зерттеуге мүмкіндік береді. Бұл үшін ұрыққа токсикалық  əсер бермейтін маркерлер (мысалы, нейтралды қызыл, ағаш көмірінің  бөліктері), сонымен қатар белгілі  бір белоктарға антиденелер қолданылады. Антиденелерді қолданғанда оның  флуоресцентті бояғыштармен жəне  ұрық белоктарымен байланысу  қасиеттері қолданылады. Флуоресцентті  микроскоптың көмегімен бояғыштың  таралуын жəне ұрықтың дамып  келе жатқан ұлпаларындағы белок  синтезінің динамикасы зерттеледі.

Микрохирургия əдістері Г.Шпеман (1869-1941) мектебінің өкілдерімен ойлап табылған. Олар: жануарлардың жұмыртқаларының қабығын алып тастау, бір ұрықтың бөлігін екінші бір ұрыққа көшіру жəне т.б əдістерді енгізді. Бұл əдістер сонымен қатар ұрық бөліктерінің немесе оның кейбір клеткаларының бұзылу (мысалы, лазер сəулесінің көмегімен) салдарын зерттеу үшін қолданылады.

Трансплантация микрохирургияның бір түрі болып келеді, ұлпаның даму көзі жəне клетка миграциясы жолын анықтау үшін қолданылады. Бұл жағдайда ұрықтың бөлігі көшіріледі, мысалы, бөдене ұрығының бөлігі тауық ұрығына көшіріледі. Бөдене клеткаларының ядросының құрылымдық сипаты басқаша болғандықтан тауық ұрығының клеткаларының ядроларынан айырмашылығы көрініп тұрады.

Эксплантация ұрықтың аз ғана жерін алып тастап жəне оны жасанды ортада өсіру. Осы əдістің көмегімен ұрықтың белгілі бір бөлігінен ұлпаның даму негізі туралы жəне дамудың гистогенетикалық заңдылықтары туралы ақпарат алуға болады.

Ядроның трансплантациясы – особьтің генетикалық көшірмесін алу əдісі. Мысалы, шпорцалы бақа шөмішбалығы ішегінің эпителий клеткасының ядроларын өз ядросы жойылған жұмыртқаға көшіруі жаңа особьтің пайда болуына əкелген (Ж. Гердон тəжірибелері). Бұндай тəжірибелер жоғары омыртқалыларды клондауға негіз болып жəне атақты Долли қойының пайда болуына себеп болған. Ұқсас эмбриологиялық эксперименттер соматикалық клеткалардың ядроларында жаңа организмнің дамуына қажетті генетикалық ақпараттың толық жинағы бар екенін дəлелдеді.

Даму генетикасының ген мен белгі арасындағы байланыс механизмдерін биохимиялық, генетикалық жəне молекулалық əдістер арқылы зерттейді. Геннің қайда жəне қашан, қай ұлпаның клеткаларында жəне дамудың қандай сатысында əсер етуін анықтайды.

Эксперименттік эмбриологияның жаңа жетістіктері ретінде экстракорпоралды ұрықтандыру əдісін ойлап табу болды.

Пробиркада ұрықтанған ұрықты жатырға көшіру бедеу некені емдеу негізі болып табылады. 1973 ж. Л.Шеттлз (АҚШ) бедеу əйелдің жыныс безінен овуляциядан бұрын жұмыртқа клеткасын алып, оны күйеуінің сперматозоидымен ұрықтандырған. Осылай бедеулікті емдеу мақсатында адам ұрығын көшіру техникасына негіз салынды. Бірақ 1978 ж. ғана Ұлыбританияда 2,5 тəулік жасанды ортада өсірілген 8 бластомерлі сатысындағы адам ұрығын (Р.Эдварс жəне П.Стептау) бедеу əйелдің жатырына көшірудің нəтижесінде əлемде салмағы 2 700 г. болатын бірінші “пробиркалық” бала – Луиза Браун дүниеге келді.

Эмбриологияның ұрықтық кезеңі

Ұрықтану процесінде келесі бір ізді кезеңдерді белгілеуге болады: гаметтер жақындасуы, активациясы және қосылуы. Жоғарыда айтылғандай, гамметтер жақындасуы жануарлар морфологиялық адаптатциясымен, синхрондық жүріс-тұрыс және физиологиялық белсенділігімен, қамтамасыз етіледі, Жақындасуға ең қолайлы жағдай туғызатын ішкі ұрықтану, сонда спермиялардың жұмыртқамен кездесу жеріне жеткізілуі негізінде жыныстық жолдар қабырғасының қызметі арқылы іске асырылады.

Арасы жақын жерде немесе тікелеи түиіскен жағдайда гамметтер арасында байланыстар қалыптасады. Дистантты өзара әсерлеу аттрактант заттары – гомондармен қамтамасыз етіледі. Жұмыртқалар гиногамондар, ал сперматозоидар – андрогамондар шығарады. Ұрықтану процецін биохимялық тұрғыдан зерттеу, америкалық ғалым Ф.Лилли 1912 теңіз кірпісі жұмыртқасының шырышты қабықшасында фертилизин затын ашқаннан кейін ерекше белсенді басталды. Фертизилин ”жұмыртқа суы” деп аталынған сұықтық (ұрықтанбаған жұмыртқалар жуындысы спермиялар агглютинацисын туғызады. Кеиінгі зеттеулер фертилизин (химиялық құрамы боиынша –гликопротеид сперматозоидтардың неше түрлі реакцйясын туғызатынын көрсетті. Спермиялар белсенділігін арттыру мен сақтау, акросоманы әсерлеу, артық спермияларды жою үшін олардың бастарын бір-біріне жабыстыру. Осыдан кеиін көп уақытқа деиін гамметтердің өзара әсерлеуін фертилизин-антифертилизин жүйесімен түсіндіру қалыптасты. Сондай-ак антифертилизин деп спермиялар шығаратын қышқыл белок андрогамонды атаған.

Соңғы жылдары осы көз қарастар сынға алынып жүргенімен, гармондар көмегімен гамметтер өзара әсерлеуі, олардың жақындасуымен белсенділігі арттыру себептеріне қанағатты тойтарыс берілген жоқ.