Практикум по общей биологии


Класс ЗЕМНОВОДНЫЕ ЛЯГУШКА

Класс ЗЕМНОВОДНЫЕ ЛЯГУШКА (КАЫА ТЕМРОКАК1А)

Оплодотворение у амфибий наружное. Весной (конец мая — начало-июня) половые продукты амфибии выбрасывают в воду в местах при*брежной растительности мелких водоемов, где происходит оплодотворение-и дальнейшее развитие. При попадании яйцеклетки в воду вокруг неевскоре образуется мощная оболочка за счет набухания слизи, выделеннойеще в яйцеводах самки.

Собранный эмбриональный материал для приготовления постоянныхпрепаратов фиксируется одним из гистологических фиксаторов, оболочкияйцеклеток при этом удаляются. Яйца лягушки, как и большинстваамфибий, значительно крупнее ранее изученных. Это связано с большимколичеством желтка, концентрирующегося преимущественно у вегетативного полюса, обращенного всегда книзу. По характеру распределения/желтка яйца лягушки относятся к типу телолецитальных. Верхняя,(анимальная) половина оплодотворенной яйцеклетки содержит темно-бурый пигмент. Пигмент маскирует яйцо в окружающей среде, а с другойстороны, максимально поглощая солнечные лучи, содействует более быстрому развитию анимальной половины яйца.

Осеменение икры лягушкиЖивой объект

Отрежьте ножницами мозговую часть черепа лягушки^находящейся в периоде икрометания. Положите животное*на спину в ванночку и вскройте брюшную полость. В расширенных маточных отделах яйцеводов — капсулах — видныскопления яиц. Вскройте капсулу, извлеките яйца шпателеми уложите их в чашку Петри тонким слоем в один-два ряда.

Одновременно производят вскрытие самца. Извлекают егосеменники, измельчают их ножницами, а затем слегка растирают в ступке с физиологическим раствором. Капельку полученной взвеси проверьте под микроскопом — живые сперматозоиды активно движутся в поле зрения (сильное увеличение). Взвесь живой спермы выливают из ступки на икру.Спустя 10—15 минут яйцеклетки промывают водой. Вокругяиц набухает студенистая оболочка. Перенесите яйцеклеткив банку с чистой водой на 2—3 часа. К концу занятия уженачинается процесс эмбрионального развития.

Проследите под микроскопом дробление живых яйцеклеток.

287

Стадии 2, 4, 8, 16 бластомеров, морулы и бластулы

Тотальные препаратыНаблюдение с помощью лупы

Начальные стадии развития наиболее удобно изучать на тотальныхпрепаратах. Для приготовления постоянных препаратов зародыши необходимо зафиксировать и после промывки и высушивания приклеить канадским бальзамом к предметному стеклу.

Объекты рассматриваются при падающем (отраженном) свете. Дляэтого источник света помещается спереди илисбоку микроскопа (лупы)на уровне предметногостолика или выше. Зеркало лучше всего ставитьвертикально, чтобы отражаемый от него свет немешал наблюдению.

Распределение пигмента в яйце лягушки позволяет легко определить напрепаратах положениеанимального и вегетативного полюса. Первая борозда дробления (рис.199, I) проходит черезанимальный и вегетативный полюс. На препаратах зародышей, зафиксированных в более ранниесроки, можно видеть, чтоборозда дробления выражена только в анималь-ной части, в то время каквегетативное полушариеосталось еще не расчлененным. Это объясняется тем, что дробление протекает более активно на анимальном полюсе. Процесс деления завершается полным разграничением двух бластомеров одинаковой величины.

Вторая борозда (рис. 199, II) также проходит в меридиональной плоскости, под прямым углом к первой. При этомоба бластомера делятся одновременно. Теперь зародыш состоит из 4 бластомеров одинаковой величины. Наступающеевслед за этим третье деление протекает одновременно у всех

щрй

7

Рис. 199. Развитие лягушки. Дробление.

/ — первая борозда дробления (в анимальномполушарии); // — стадия 4 бластомеров;/// — стадия 8 бластомеров; IV — стадия32 бластомеров; V — стадия бластулы.

288

4 бластомеров. Плоскость дробления проходит параллельноэкватору, но несколько ближе к анимальному полюсу. Поэтому образовавшиеся 8 бластомеров заметно отличаютсямежду собой по величине: 4 бластомера, расположенных наанимальном полюсе, значительно меньше остальных. Каждыйиз 8 бластомеров более или менее одновременно проделываетчетвертое дробление, заканчивающееся образованием 16 клеток. Борозды дробления при этом проходят в плоскостяхмеридианов. При наступлении пятого (широтного) дроблениятеряется синхронность дробления: 8 мелких бластомерованимального полушария успевают разделиться, в то времякак 8 крупных бластомеров вегетативного полушария еще невступили в процесс деления. Дробление яйца лягушки является полным, но неравномерным.

Неравномерность дробления проявляется в разной величине клеток, начиная со стадии 8 бластомеров, в асинхронности клеточных делений, начиная со стадии 24 бластомеров.Различия как в темпах деления, так и в размерах клеток вдальнейшем выражены еще более резко (рис. 199, IV и V).

Бластула в разрезе

Препарат

Наблюдение с помощью лупы

Для приготовления препарата зародыш лягушки на стадии бластулы после фиксации разрезан пополам в меридиональной плоскости и смонтирован на стекле плоскостьюразреза кверху.

Рассмотрите очертания отдельных клеток: в области

пигментированного анимального полюса бластулы (рис. 200)они наиболее мелки; размерклеток в направлении к вегетативному полюсу постепенноувеличивается. Бластоцельрасположена эксцентрично,ближе к анимальному полюсу.

Легко различается крышабластулы, состоящая из двухтрех слоев пигментированныхклеток, и дно, образованноемассивным скоплением светлых клеток. Местоположениебластоцели обусловлено наибольшей активностью жизненных процессов в области

г

з

Рис. 200. Развитие лягушки. Разрез через бластулу.

/ — бластоцель; 2 — анимальный полюс(крыша бластулы): 3 — вегетативный

полюс.

19 Практикум по общей биологии

289

анимального полюса. На изученных стадиях развития амфибий отчетливо выступают характерные особенности периодадробления: количество клеток быстро увеличивается, в товремя как заметного роста зародыша не происходит.

К концу периода бластулы зародыш лягушки состоит из3000—5000 клеток. Напомним, что бластула морского ежасостоит из нескольких сот клеток, а бластула ланцетникаимеет их около тысячи. Такое обилие клеточного материалак периоду органообразования у амфибий стало возможнымблагодаря мощному накоплению у них в яйцеклетке желтка.

Гаструляция лягушкиСтадия серповидной бороздки

Тотальный препарат

Наблюдение с помощью лупы

На препарате (рис. 201, II) видно щелевидное углублениена поверхности зародыша, расположенное приблизительно

Рис, 201, Развитие лягушки. Внешний вид последовательных стадийгаструляции и зарастания желточной пробки.

/— V — последовательные стадии: 1 — серповидная бороздка; 2 — желточная пробка;

3 — бластопор.

по середине между анимальным и вегетативным полюсом.Концы щели располагаются по линии, разделяющей пигментированную и светлую зону зародыша, и несколько загибаются. Поэтому щель имеет дугообразную, серповидную фор

290

му и носит название серповидной бороздки. Здесьпроисходит впячивание (инвагинация) поверхностного клеточного материала в бластоцель.

Обратите внимание на различие в окраске краев серповидной бороздки: край, образованный анимальным полушарием, темный, состоит из мелких клеток; противоположныйкрай светлый, состоит из крупных клеток. Место первоначального появления бороздки означает спинную сторону зародыша. Темный пигментированный край в этой области бороздки соответствует верхней губе бластопора ланцетника,а плоскость, проведенная через средину серповидной бороздки, совпадает с сагиттальной и плоскостью зародыша.

Стадия желточной пробки

Тотальный препарат

Наблюдение с помощью лупы

Препарат, (рис. 201, IV и V) рассматривается в отражен-ном свете. Щелевидное впячивание продолжает распространяться вокруг вегетативного полюса, вследствие чего оностановится подковообразным, а затем, когда его концы соединяются между собой, замыкается в кольцо, окружающееобласть вегетативного полюса. Момент замыкания бластопора совершается в естественных условиях на вторые суткипосле оплодотворения.

Область вегетативного полюса, окруженная темным краембывшей серповидной бороздки, хорошо заметна благодарясветлой окраске крупных бластомеров, из которых она состоит, и носит название желточной пробки. Темныйкрай бывшей серповидной бороздки соответствует губамбластопора ланцетника. Сравнивая на различных препаратахвеличину бластопора или величину желточной пробки, можноубедиться, что она постепенно уменьшается и что все большестановится часть поверхности зародыша, покрытая темнымиклетками анимального полюса. Это происходит вследствиетого, что темный край серповидной бороздки постепенно перемещается концентрически к вегетативному полюсу. Такоенаползание клеточного материала по поверхности тела зародыша носит название эпиболи и. Необходимо иметь ввиду, что при этом по краям серповидной бороздки непрерывно продолжается процесс инвагинации клеточного материала.

Описанный процесс сходен с процессом замыкания бластопора у ланцетника. В дальнейшем желточная пробка втягивается внутрь увеличивающейся полости гаструлы, а бластопор уменьшается до небольшого отверстия на заднем конце зародыша. С некоторыми деталями процессагаструляции можно познакомиться на продольных разрезах зародыша.

19*

291

Гаструла лягушки на продольных разрезахСтадия ранней серповидной бороздки

Препарат

Наблюдение с помощью лупы

Фиксированный зародыш на стадии ранней гаструлы рассечен посагиттальной плоскости, проходящей через середину серповидной бороздки. В препарате зародыш монтирован разрезом кверху (рис. 202, / и //).

Найдите бластоцель, область анимального и вегетативногополюса. По краю разреза заметно клиновидное углубление,которое продолжается в узкую щель. Углубление представляет собой серповидную бороздку и обозначает место инвагинации, а щель является полостью гаструлы. Верхний, более темный край серповидной бороздки представляет собойпродолжение крыши бластулы. Он состоит из мелких клеток,характерных для анимального полушария. Поверхностныйклеточный слой без заметного изменения переходит в глубьбороздки. Другой край серповидной бороздки состоит изсветлых крупных клеток вегетативного полюса.

Стадия поздней серповидной бороздки

Препарат

Наблюдение с помощью лупы

Щелевидная полость гаструлы здесь (рис. 202, III и IV)значительно больше, бластоцель, наоборот, меньше. Пигментированный край серповидной бороздки продвинулся в результате эпиболии к вегетативному полюсу.

Стадия желточной пробки

Препарат

Наблюдение с помощью лупы

В этой стадии (рис. 202, V и VI) происходит соединениеконцов серповидной бороздки и превращение ее в кольцо,окружающее вегетативный полюс. На разрезе видно, что изменения, происходящие в этой стадии, сводятся к увеличениюполости гаструлы, дальнейшему нарастанию верхнего краябороздки на вегетативный полюс и появлению углубления подругой стороне вегетативного полюса. Часть клеток вегетативного полюса, не успевшая погрузиться, представляет вэтой стадии желточную пробку, зажатую между губамисформированного теперь бластопора. В дальнейшем, по мередробления клеток вегетативного полюса, желточная пробкапостепенно будет втягиваться в полость.

292

Гаструляция у лягушки идет несколько иначе, чем у ланцетника,и прежде всего характеризуется различными темпами отдельных процессов, Так, образование дорсальной губы бластопора опережает закладку

Рис. 202. Шесть последовательных стадий процессагаструляции лягушки на разрезах.

/ — разрез бластулы; II — стадия серповидной бороздки*: III иIV — более поздние стадии; V и VI — стадии замыкания бластопора. / — бластоцель; 2 — серповидная бороздка; 3 — полость гаструлы — гастроцель (вначале щелевидная); 4 — желточная пробка.

боковых и особенно вентральной губы. В результате инвагинации и эпи-.болии в области дорсальной и боковых губ образуется так называемаяхордомезодермальная пластинка, которая соответствует

293

крыше первичной кишки ланцетника. Клеточный материал по боковымкраям этой пластинки очень рано отрывается от остальной части первичной кишки и разрастается в вентральном направлении между боковойэктодермой и первичной кишкой.

Таким образом, еще задолго до завершения гаструляции у лягушкиобразуются хорошо заметные четко обособленные закладки мезодермы(рис. 203, 5). В эктодерме на дорсальной стороне кпереди от бластопора

Рис. 203. Поздняя гаструлалягушки на разрезе.

/ — бластопор; 2 — дорсальная губа; 3 — вентральная губа; 4 — гастроцель; 5 — мезодерма (вентральная часть хордо-мезодермаль-ной пластинки).

Рис. 204. Живая нейрулаамфибий в стадии обособления нервной пластинкии появления нервных валиков. Широкий участок пластинки — будущий головноймозг.

/ — нервный валик.

еще в период гаструляции начинает формироваться медуллярная пластинка. И только после этого энтодерма первичной Кишки замыкает свойверхний свод и завершает формирование вторичной кишки.

Таким образом, зародыш амфибий к моменту окончания гаструляциисостоит в отличие от ланцетника из трех зародышевых листков: эктодермы, энтодермы и мезодермы.

Нейрула лягушки

Тотальный препарат

Наблюдение с помощью лупы при боковом

освещении

Обратите внимание, что зародыш принимает удлиненнуюформу в результате интенсивного размножения клеток некоторых отделов. Рост его происходит преимущественно взадней половине, в области бластопора, за счет хвостовойпочки.

294

Вы видите, что медуллярная пластинка располагается наспинной стороне кпереди от бластопора. Она характеризуется значительно большей толщиной по сравнению с соседнейбоковой эктодермой.

Края медуллярной пластинки приподняты, образуя такназываемые нервные валики (рис. 204), которые в передней части зародыша несколько расходятся. Из этой расширенной части медуллярной пластинки в дальнейшем развивается головной мозг. Медуллярная пластинка свободновыстоит на спинной поверхности зародыша; она не покрывается предварительно боковой эктодермой, как это было уланцетника.

Стадия замыкания нервной трубки

Тотальный препарат

Наблюдение с помощью лупы

Вы видите, что нервные валики здесь выражены резче изначительно сближены между собой (рис. 205). Это произошло в результате превращения медуллярнойпластинки в желоб, края, или нервные валики, которого поднялись и переместилиськ средней линии. В дальнейшем здесь произойдет их соприкосновение, а затем исрастание. Увлекаемая краями медуллярнойпластинки боковая эктодерма также срастается по средней линии, образуя эктодермальный покров над формирующейся нервной трубкой. Процесс образования нервнойтрубки и погружения ее под эктодерму происходит раньше в передней части зародыша, а затем распространяется постепенно вкаудальном направлении. Для изучениядругих процессов, происходящих в стадииобразования нейрулы, необходимо воспользоваться гистологическими срезами.

Нейрула амфибий на разрезеСтадия нервных валиков

Микропрепарат

Наблюдение при слабом увеличениимикроскопа

Плоскость разреза проходит поперек тела зародыша.

На препарате отчетливо видна кольцеобразная форма

295

Рис. 205. Внешнийвид зародыша лягушки на стадиизамыкания нервной трубки. Видсверху.

1 — закладки мозговых пузырей.

зародыша (рис. 206). Широкое отверстие соответствует гастральной полости. На спинной стороне эктодерма образуетмощную дугообразно изогнутую нервную пластинку с резкоприподнятыми нервными валиками. Нервная пластинка состоит из высоких призматических клеток, гораздоболее высоких, чем клетки окружающей эктодермы. Характерно веерообразное расположение в нейклеточных ядер. Под закладкой нервнойтрубки расположена хордо-мезодермаль-ная пластинка. Клеточный материал ееможет находиться на разных стадияхдифференцировки хорды и парных закладок мезодермы. На ранних стадиях очертания этих образований не всегда видныдостаточно отчетливо. (Для того чтобыоблегчить работу, можно начать рассмотрение препарата, изображенного нарис. 207, где закладки этих образованийчетко выражены, а затем уже перейти кизучению настоящего препарата). Срединное положение занимает хорда. Ееможно определить по радиальному расположению клеточных ядер. Сомиты ещенечетко контурированы. В остальнойчасти полость гаструлы ограничена крупными светлыми желточными клеткамиэнтодермы, представляющими в заднейполовине тела зародыша обширные скопления. В некоторыхпрепаратах удается найти в боковых отделах зародыша мелкие клетки с темными ядрами, располагающиеся в один-дваслоя между экто- и энтодермой. Это боковая пластинка, или спланхнотом, образующийся в результатеразрастания хордо-мезодермальной пластинки в вентральномнаправлении.

Стадия поздней нейрулы

Микропрепарат

Наблюдение при слабом и сильномувеличении микроскопа

Рис. 206. Поперечныйразрез через нейрулулягушки на стадиинервных валиков. Разрез проведен в передней части тела зародыша.

/ — нервный валик; 2 —полость первичной кишки — гастроцель; 3 — намечающаяся хорда; 4 —медуллярная пластинка.

Препарат (рис. 207) представляет поперечный срез зародыша лягушки более позднего срока развития, чем предыдущий.

Зародыш на этой стадии развития характеризуется полным срастанием краев нервной трубки, которая погруженапод эктодерму. На препарате четко видны очертания нервнойтрубки с каналом внутри нее (нейроцель). Под нервнойтрубкой хорошо заметны контуры овальной или круглой хор

296

ды с радиально расположенными ядрами клеток. По обестороны от этих образований видны сомиты с характернымдля них веерообразным расположением клеточных ядер. Несколько суженной сегментной ножкой сомиты пере-ходят в боковые пластинки, достигающие теперь вентраль

ной стороны, гдеони впоследствиисрастаются. Боковаяпластинка характе-

Рис. 207. Поперечныйразрез зародыша лягушки на стадии замыкания нервнойтрубки.

Рис. 208. Поперечный разрез зародыша'лягушки в области нервной трубки.

1 — нервная трубка; 2 — нейроцель; 3 — ганглиозная пластинка; 4 — эктодерма; 5 — сомит; 6 — хорда; 7 — энтодерма.

/ — нервная трубка; 2 —

хорда; з — сомит; 4- ризуется клетками малых разме-

пластинка°М мезодерчьО; РОВ С ТеМНО ОКраШвННЫМИ ЯДра-

5-просвет кишки: в— МИ. При вНИМЭТеЛЬНОМ раССМОТ-

ганглиозная пластинка; ~ “

7 —сегментная ножка. ренИИ раСПОЛОЖеНИЯ Ядер МОЖНО

заметить, что клеточный материалбоковой пластинки располагается в два слоя: наружный,обращенный к эктодерме, и внутренний, прилегающий кэнтодерме. Появившаяся позднее щелевидная вторичная полость тела завершает дифференцировку боковой пластинкина париетальный и висцеральный листки. Энтодерма образовала свой верхний свод, чем завершилось формирование вторичной кишки.

Изучите внимательно область смыкания краев нервнойтрубки в стадии поздней нейрулы. При рассмотрении рядапрепаратов можно найти обособленную группу клеток,,расположенную на дорсальной стороне нервной трубки подэктодермой (рис. 207, б, рис. 208, 3). Это — ганглиознаяпластинка. При изучении различных стадий формирования нервной трубки можно убедиться, что клеточный мате

297

риал ганглиозной пластинки происходит из боковых краевмедуллярной пластинки. Клетки эти отрываются от дорсальной эктодермы при формировании нервной трубки, но в состав нервной трубки не входят. Клеточный материал ганглиозной пластинки подвергается в дальнейшем сложнойдифференцировке и играет важную роль при образованииразличных органов (см. ниже).