Экспериментальной эмбриологии

В 70–80-е годы XIX в. зародилось новое направление эмбриологии, явившееся до некоторой степени реакцией на господство филогенетических принципов. В противоположность Геккелю его создатели подчеркивали необходимость изучения непосредственных причин развития с применением специальных экспериментов. Началось формирование аналитической и экспериментальной эмбриологии,внесшей наибольший вклад в изучение факторов и механизмов индивидуального развития.

Основоположниками этого направления были немецкие ученые В.Гис (1831–1904) и В.Ру (1850–1924). Зарождение аналитического направления в эмбриологии связано с деятельностью В.Гиса, анатома и эмбриолога, который первым стал внедрять в эмбриологию методы химии и физики. Неоценимое значение этих фундаментальных для биологии наук полностью раскрылось в наше время. Так, Гис указывал на важность выяснения механических сил, вызывающих изменения формы развивающегося зародыша, т.е. процессов морфогенеза. Он стремился исследовать самые ранние стадии зародышевого развития (морфогенез которых, как известно сейчас, происходит на уровне макромолекул) и выявить их роль в возникновении зачатков и органов на последующих стадиях. Тем самым В.Гис создал основы аналитической эмбриологии, одна из задач которой – целенаправленный анализ ранних стадий развития органов и тканей, выявление их еще незримых, неоформившихся зачатков. В.Гис считал, что невидимые предшественники будущих органов локализованы в еще недифференцированном зародыше и даже в яйце не беспорядочно, а пространственно упорядоченно, так, что их можно картировать. Это правило применительно к зародышу он назвал принципом органообразующих участков. Тем самым В.Гис способствовал развитию реформистских идей, явившись одним из тех, кто способствовал возрождению этого направления в новых условиях, т.е. появлению неопреформизма. Вместе с тем, говоря, что рост ранних зачатков «...происходит без соответствия с первоначальным отношением размеров», он отступал от крайней формы преформизма.

Следующим этапом в развитии новых тенденций в эмбриологии был каузально-аналитический подход. Его создатель В.Ру – крупнейший экспериментатор, оказавший большое влияние на развитие цитологии, генетики и особенно эмбриологии. В.Ру считал, что для раскрытия механизмов развития недостаточно чисто аналитического описания нормального развития, а необходимы эксперименты, для того чтобы установить причинно-следственные взаимоотношения между частями, выявить факторы, которые определяют, детерминируют пути развития частей зародыша и их дифференцировку. Таким образом, в основу своей методологии В.Ру положил эксперимент, а главной его задачей провозгласил поиск и анализ причинных факторов, определяющих развитие. Он считал, что факторы, детерминирующие зачаток, могут быть как внутри, так и вне его, и в зависимости от этого механизм их действия неодинаков. В первом случае («самодифференцировка») для развития зачатка достаточно общих благоприятных условий, во втором случае («зависимая дифференцировка») необходимо воздействие фактора извне. Он считал, что нужно выяснить не только локализацию фактора, но и время его действия, т.е. пространственно-временные параметры действия факторов, определяющих развитие каждого зачатка. Чтобы решить эту задачу, нужно искусственно изменять окружение зачатка. Таким образом, В.Ру разработал теоретические основы проблем детерминации, дифференцировки и их факторов.

В конкретных исследованиях В.Ру исходил из представления, что развитие зародыша – это высокодетерминированный процесс, где нет места случайному или неопределенному, и задача состоит в том, чтобы, описав все звенья развития, выявить в эксперименте имеющиеся между ними причинно-следственные отношения. Направление исследований В.Ру было материалистическим, но с сильным уклоном в сторону механицизма. Принижая значимость специфики живого, В.Ру внедрил в эмбриологию тот самый каузально-аналитический детерминизм, который сыграл большую роль в развитии точных наук, прежде всего механики, и предложил для своего направления название «механика развития». Несмотря на ограниченность, механика развития достигла огромных успехов в 20–30-е годы нашего столетия. Теоретические основы механики развития и каузально-аналитического метода вообще были близки к преформизму, что определило характер экспериментальных исследований и интерпретацию результатов.

В ранний период своей деятельности, в 1887 г., Ру задался целью выяснить, зависимо ли друг от друга развитие первых двух клеток (бластомеров), на которые делится сразу после оплодотворения яйцо лягушки. Он разрушил раскаленной иглой один из бластомеров и обнаружил, что из второго образуется вполне нормальная, но лишь половина зародыша лягушки. Помимо вывода о независимом развитии двух первых бластомеров этот опыт подтверждал преформистские взгляды и послужил одним из первых оснований «мозаичной теории»В.Ру, согласно которой зародыш – это мозаика из уже готовых зачатков. Эта теория была созвучна представлению Гиса об «органообразующих участках». Хотя на первых порах работы В.Ру сильно укрепили позиции неопреформизма, сам он не был стойким преформистом. Так, отмечая, что развитие – это образование «видимого разнообразия» из невидимого, он в отличие от В.Гиса уклонялся от однозначного ответа на вопрос, задано ли «невидимое разнообразие» с самого начала. Более того, когда в последующем аналогичными экспериментами было выяснено, что «мозаицизм» сосуществует с отсутствием такового, он все больше склонялся к признанию эпигенетического принципа развития.

Укреплению эпигенетического принципа развития в большой мере способствовали эксперименты Г.Дриша (1867–1941), который идеологически занимал прямо противоположную позицию. В одном из экспериментов Г.Дриш воспроизвел опыт В.Ру, но использовал иной технический прием: он отделил друг от друга два бластомера морского ежа, показав, что каждый из них способен развиться в полноценный организм. В последующем аналогичные результаты были получены на множестве других объектов. Способность части зародыша развиться в целостную особь, т.е. компенсировать отсутствующую часть, Дриш назвал эмбриональной регуляцией.

Открытие эмбриональной регуляции было событием величайшего значения, но сильно затруднило дальнейшее применение каузально-аналитического подхода. С позиций сегодняшнего дня можно сказать, что оба подхода имели огромное значение и в принципе не противоречили, а дополняли друг друга и, если отбросить крайности, которые были в каждом из них, представляли собой диалектическое единство.

Историческая заслуга Дриша состоит в том, что он проанализировал открытую им эмбриональную регуляцию развивающегося зародыша и сформулировал известный, носящий его имя закон о том, что путь развития части зародыша есть функция положения этой части относительно целого. Однако общее состояние современной Дришу науки не позволило ему продвинуться дальше самых общих формулировок.

Направление, намеченное В.Ру в экспериментальной эмбриологии, нашло наибольшее воплощение в работах школы Г.Шпемана (1869–1941). Уже в начале века, в 1901 г., Г.Шпеман в эксперименте по разделению раннего зародыша тритона получил результат, подтверждающий одновременно и мозаичную теорию В.Ру, и концепцию эмбриональных регуляций Г.Дриша. Оказалось, что дальнейшее развитие разделенных частей зависит от того, в какой плоскости зародыш расчленяется.

В последующие десятилетия Г.Шпеман и его сотрудники провели широкие эксперименты по выяснению значения взаимодействия частей зародыша в определении их будущего пути развития, т.е. фактически продолжали разрабатывать методологию В.Ру и Г.Дриша. Г.Шпеман экспериментально продемонстрировал, что именно в процессе взаимодействия частей детерминируется направление их последующей дифференцировки. Как логическое звено этих целенаправленных исследований роли взаимодействия частей зародыша в 1924 г. в лаборатории Г.Шпемана было обнаружено явление эмбриональной индукции. Это было одним из крупнейших открытий в биологии первой половины XX в. Как и в первых экспериментах с разделением зародыша, явление индукции показывало, что детерминация и регуляция – два взаимодополняющих фундаментальных принципа индивидуального развития целостной живой системы. Выяснилось, что процесс индивидуального развития зависит от множества переплетающихся внутренних и внешних факторов.