МЕХАНИКА РАЗВИТИЯ, предложенное анатомом Вильгельмом Ру (1850—1924) название новой научной дисциплины, ставящей своей задачей изучение закономерностей индивидуального развития и преобразования форм, т. е. «каузально-аналитическое» изучение морфогенеза. Название М. р. нельзя считать удачным, однако оно стало почти общепринятым, так как все другие применяемые наименования, за исключением лишь названия «динамика развития», заключают в себе известные ограничения. Предложенное Г. Дришем название «физиология развития» не отмечает того, что речь идет все же о развитии форм, т. е. структуры организма. Поэтому уж лучше был бы термин «физиологическая морфология» Ж. Лёба, к-рый, однако, может быть понят и шире — как эволюционная морфология. Довольно ходкие термины «экспериментальная эмбриология», «экспериментальная морфология» и даже «экспериментальная зоология», с одной стороны, иногда ограничивают предмет исследования (эмбрионом, животными), с другой стороны, выдвигают лишь один из методов исследования (правда, основной) и, наконец, не дают представления о задачах самого исследования.
Экспериментальные исследования морфогенеза (см.) начались ещё задолго до В. Ру. Швейцарец А. Трамбли (1700—84) изучал явления регенерации у гидр, а итальянец Л. Спалланцани (1729—99) исследовал даже вопрос о значении нервной системы при регенерации. Но все такие исследования имели случайный характер, и только В. Ру удалось точно сформулировать задачи новой дисциплины. Он поставил первые эксперименты, исходя из преформистских представлений о развитии зародыша. Путем уничтожения одного из двух продуктов деления яйца лягушки В. Ру получил развитие полузародыша. Однако вслед за тем Г. Дриш получил при подобных экспериментах с яйцами морских ежей совершенно другой результат: из каждого бластомера развивался целый зародыш уменьшенного размера. Вслед за этими первыми опытами последовали эксперименты К. Гербста, О. Гертвига, Ж. Лёба, Т. Моргала, В. Вильсона, Е. Конклина, Ф. Лилли и мн. др. над ранними стадиями развития различных животных. Результаты этих экспериментов полностью опровергли преформационную теорию развития, по которой уже в яйце имеется в какой-либо форме зачаток будущей организации зародыша. Во всяком случае развитие есть не только рост и преобразование зачатков, но, несомненно, и непрерывный процесс новообразования. Как-раз в этом последнем и заключается основная характеристика всякого развития. В. Ру изучал не только факторы эмбрионального развития — он исследовал также, факторы, определяющие развитие и преобразование кровеносных сосудов, соединительнотканных образований, перестройку костного вещества у растущего и даже взрослого организма и, т. о., пытался сразу выдвинуть весь тот огромный комплекс проблем, к-рый входит в область М. р. Г. Дриш посвятил особое внимание проблемам регуляции формы при повреждениях, на к-рых он пытался обосновать свою систему неовитализма. Однако Ж. Лёб и Ч. Чайльд на подобном же материале развивали чисто механистич. представления. В настоящее время накопился достаточный материал, позволяющий нам отвергнуть как один, так и другие взгляды и дающий довольно ясную картину движущих сил морфогенетических процессов. Быстрый успех исследований в области М. р. был подготовлен прежде всего разработкой методов исследования. Здесь нужно прежде всего упомянуть об усовершенствовании методов производства наблюдений над живым объектом введением методики нанесения меток (маркировки) при помощи местной прижизненной окраски. Такая маркировка частей раннего зародыша дала В. Фоггу возможность проследить с весьма значительной полнотой перемещения и окончательную судьбу клеточного материала при первых формообразовательных процессах (гаструляция) развивающегося яйца амфибий. В отличие от такого «описательного» эксперимента В. Ру ввел методику каузально-аналитического эксперимента, состоящего в исключении известных факторов развития с целью выяснения их роли в процессе нормального морфогенеза. Самым простым методом такого рода является метод внесения дефектов путем механич. удаления или разрушения известной части или местным нагреванием, локализованным путем ультрафиолетовых лучей, используя избирательное действие нек-рых солей и т. п. Более сложным и исключительно плодотворным оказался метод эмбриональных трансплантаций, введенный в 90-х гг. Г. Борном. Г. Борн сращивал между собой большие части различных зародышей, чтобы установить их влияние друг на друга. Г. Браус производил удаление и пересадку зачатков органов и наблюдал самодифференцирование зачатка, а также зависимость в развитии нек-рых частей (напр., в образовании отверстия в жаберной крышке личинок жерлянки от развивающейся конечности). Но только в самое последнее время в руках Г. Шпемана и его школы метод трансплантации достиг совершенства тончайшего орудия экспериментального исследования. Работа ведется под бинокулярной лупой при помощи тонко оттянутых стеклянных игол для проведения разрезов, вставленной в капилляр петли из детского волоса для придержания объекта, частью также при помощи микропипетки и т. д. Эта методика микрургических операций дает возможность пересадки почти любого зачатка или любой его части в определенной ориентации и в точно определенное место того же (аутопластика) или другого зародыша (гомопластика) или даже зародыша другого вида животных (гетеропластика). Трансплантат может быть перед пересадкой витально покрашен, и это дает возможность проследить его дальнейшую судьбу в новом окружении, оценить его влияние на соседние части, а также и обратно — зависимость его развития от соседних частей. Наконец, в последние годы в М. р. приобретает все большее значение и метод эксплантации, т. е. выращивания зачатков в искусственной среде, где они, конечно, совершенно освобождаются от влияний со стороны других частей организма (метод разработан в особенности Гольтфретером). В результате различных экспериментов удалось прежде всего окончательно установить, что хотя яйцо и не содержит зачатков каких-либо органов, хотя бы в виде различных специфических органообразующих веществ, однако оно и не гомогенно. Яйцо имеет определенную и иногда очень сложную структуру, к-рая явно определяет течение первых процессов развития. Иногда эта структура очень проста и подвижна — имеется только известная полярная дифференцировка, и тогда можно отделить первые бластомеры друг от друга и получить из одного яйца 2—4, а иногда и 8 целых зародышей. Такие яйца имеются у нек-рых кишечнополостных, у морских ежей, у ланцетника, у позвоночных и получили название яиц регуляционных. В других случаях протоплазма яйца имеет гораздо более сложную структуру: кроме полярной дифференцировки, имеется еще послойное, двусторонне-симметричное и иногда асимметричное распределение каких-то веществ, существование которых нередко устанавливается прямым наблюдением. В таких случаях отдельные бластомеры неравнозначащи, они содержат разные вещества (или разные их концентрации), и каждый из них, будучи обособлен, дает начало зародышу с более или менее крупными дефектами. В некоторых случаях из отдельных бластомеров развивается прямо как бы часть зародыша. Такие яйца, встречающиеся у круглых червей, кольчецов, моллюсков, асцидий, получили название «мозаичных» яиц. Позднейшие исследования показали, что нельзя провести резкой грани между мозаичными и регуляционными яйцами, что элементы регуляции есть и в первых и что у вторых регуляция далеко не безгранична, что она возможна лишь на первых стадиях дробления. Наконец, были найдены и яйца промежуточного характера, которые в отношении одних систем органов оказались регуляционными, а в отношении других — мозаичными (ктенофоры, частью кольчецы и моллюски, а по новейшим данным — и асцидии). Этими фактами была разбита преформационная теория и в ее первоначальной и в ее позднейшей, модернизированной, форме. Гипотеза А. Вейсмана о неравнонаследственном делении ядра, как основе дальнейшей дифференцировки, также была опровергнута этими экспериментами и особенно убедительно Г. Шпеманом при помощи замечательно изящного эксперимента. Яйцо тритона не сполна перетягивалось волосяной петлей; ядро делилось в одной половине яйца, к-рое соответственно дробилось на 2, 4, 8, 16 частей. Ядро в процессе деления все более мельчало и, наконец, достигало такой величины, что переходило через перетяжку в другую половину яйца. Теперь дробление начиналось и в этой половине, и в результате развивались два нормальных зародыша, несмотря на то, что первый получил 15/16 всей ядерной субстанции яйца, а второй — только 1/16 (иногда даже 1/32). Этим экспериментом была окончательно отвергнута гипотеза о неравнонаследственном делении ядра, т. е. гипотеза ядерного преформизма. Мы должны признать, что в процессе развития происходит непрерывная дифференцировка, частично уже в яйце до его оплодотворения, которая сама ведет ко все большему усложнению строения, к образованию все новых дальнейших дифференцировок. Исследования Шпемана и его школы и были направлены на то, чтобы определить факторы возникающих в зародыше новых дифференцировок. Обменные трансплантации участков эктодермы между ранними зародышами двух разных видов тритона на стадии ранней гаструлы показали, что судьба этих участков еще не определена и что они развиваются в различных направлениях в зависимости от места трансплантации. Однако немного позднее, на стадии поздней гаструлы, это положение коренным образом меняется, и часть эктодермы, взятая, например, с брюха, при любых пересадках (хотя бы и в области будущего мозга) дает начало эпидермису.
С другой стороны, часть эктодермы, взятая со спинной части зародыша, дает при любых пересадках, хотя бы на брюхо, начало зачатку целого мозга. На еще более поздних стадиях, когда уже обособился зачаток мозга в виде медуллярной пластинки, часть этой пластинки при любых пересадках дает начало уже только определенной части мозга. Подобные же результаты были получены и с материалом закладок других органов. На ранних стадиях развития этот материал еще индифферентен и зависит в своей судьбе от соседних частей, а на более поздних стадиях он же, не испытывая видимых изменений, получает совершенно определенное направление дальнейшего развития, которое в общем уже не зависит от положения данной части. Этот процесс невидимой дифференциации получил название детерминации. В дальнейших экспериментах были для многих случаев выяснены факторы этого процесса детерминации. Детерминация нервной пластинки совершается в результате контакта эктодермы с материалом крыши первичной кишки, который вдвигается в эту область в процессе гаструляции. На еще более ранних стадиях этот материал заключается в области верхней губы бластопора (можно проследить за ним и еще далее назад, до стадии оплодотворенного яйца). При пересадках участка последнего на месте пересадки происходит вворачивание внутрь не только пересаженного материала, но и соседнего. Происходит настоящая добавочная гаструляция в ненадлежащем месте, ввернутый материал дает начало добавочной крыше первичной кишки, а в контакте с последней в эктодерме развивается добавочная медуллярная пластинка, из к-рой затем происходит лишний мозг, а в связи с последним и ряд других органов. Сама крыша первичной кишки дает добавочную хорду и мезодерму, распадающуюся на ряд добавочных сомитов. Одним словом, развивается настоящий добавочный зародыш, сидящий на теле основного. Материал верхней губы бластопора обладает, следовательно, не только способностью к самодифференцированию, но уподобляет себе, т. е. ассимилирует, и соседние части и вызывает развитие основных органов. Он получил название первичного организатора, название, как далее выяснилось, не совсем удачное, так как в его действии в самом деле очень мало специфичного, собственно организующего. Целый ряд дальнейших исследований над развитием органа зрения (Льюис. Шпеман, Филатов, Драгомиров), над развитием конечностей (Р. Гаррисон и его школа, Б. Балинский) и многими другими выяснил, что детерминация каждого нового зачатка зависит как от самого реагирующего материала, т. е. его качества, его возраста, так и от индуктора (организатора), т. е. активирующего материала, который, однако, мало специфичен (в широких пределах замещаем иным материалом) и определяет в основном более точную локализацию новой закладки. Видовые особенности дифференцировки определяются всегда самим материалом, а не индуктором. Зачаток глаза, глазной бокал, индуцирует (даже взятый от зародыша другого вида) в прилежащей эктодерме образование хрусталика. Эктодерма головы может быть заменена и другой эктодермой, или глазной бокал может быть пересажен на совсем чужое место, однако эктодерма, взятая, например, с брюха, реагирует, как правило, слабее.
Во всяком случае к реакции способна лишь эктодерма определенного возраста, и результат — видовые особенности развивающегося хрусталика (его структура, размеры, начальная скорость роста) — зависит всецело от самой реагирующей эктодермы. Однако не следует представлять индукцию как вполне одностороннее влияние: если глазной пузырь индуцирует в эктодерме образование хрусталика, то, с другой стороны, несомненно, что и эктодерма, и хрусталик участвуют в детерминации сетчатки во внешней стенке глазного пузыря (Драгомиров). Образование волокон в хрусталике индуцируется нормально контактом с сетчаткой глаза. Однако такие волокна развиваются и под влиянием контакта со слуховым эпителием, с нервной тканью ганглия или головного мозга (Драгомиров). Нормальный индуктор, определяющий развитие конечности, еще не найден, однако подобное же действие оказывают слуховой пузырек или обонятельный мешок, к-рые при пересадке зародышу в бок вызывают образование лишней конечности (Б. Балинский). И для первичного организатора был доказан факт его широкой замещаемости.
Прежде всего оказалось, что кусочек зачатка мозга, при трансплантации под эктодерму, вызывает также образование добавочной медуллярной пластинки. Затем такая же индукция была получена в результате пересадки всевозможных других тканей (например, печени), кашицы из тканей, убитых тканей, веществ, извлеченных из тканей растворителями, и, наконец, индукция была получена и в результате применения синтетич. веществ (стеролы, по Уоддингтону и Нидгему, и другие вещества). Таким образом, была доказана химич. природа индуцирующих (организующих) веществ, но вместе с тем была вновь подтверждена и их малая специфичность — их роль сводится в основном к возбуждению процессов развития в самом реагирующем материале и главное значение, очевидно, — в точной локализации закладки, т. е. в определении верного соотношения с другими органами. В самом зародыше мы имеем, следовательно, сложную саморазвивающуюся систему, к-рая в процессе развития сама усложняется вследствие постоянного установления новых соотношений, к-рые ведут все время к новым реакциям и новым дифференцировкам. При этом материал сам все время изменяется, и вместе с тем меняются и его способности к реакциям — эктодерма, к-рая на стадии гаструлы отвечает на раздражение образованием медуллярной пластинки, после обособления последней теряет эту способность и отвечает на раздражение образованием хрусталика. Химич. исследования, главным образом Нидгема и сотрудников, намечают новый путь исследования вопросов механики развития (химическая эмбриология).
В М. р. в настоящее время все внимание сконцентрировано на проблеме детерминации органов, но, конечно, этим ее задачи далеко пе исчерпываются. Хотя детерминированный материал в любом окружении дает начало определенному зачатку, который развивается далее путем «самодифференцирования», это верно лишь в самых общих чертах. Всегда такой зачаток подвержен различным влияниям со стороны окружения, он взаимодействует с соседними органами, и это оказывает заметное и иногда очень значительное влияние на его развитие, делая его в дальнейшем подчас и вовсе невозможным. Выявляется значение многих зависимостей — корреляций между развивающимися частями любого организма. В этом аспекте изучалась в особенности зависимость между нервной системой и периферией, а также зависимость развития органов от гормональных влияний со стороны желез внутренней секреции. В первой области работали гл. обр. Детвайлер и другие представители американской школы. Эти исследования показали наличие весьма существенной взаимозависимости между развитием нервных центров и связанными с ними периферич. органами. Во второй области работы сконцентрировались в особенности на изучении значения гормона щитовидной железы для метаморфоза у амфибий (Гудернеч и др.), на значении различных гормонов для процессов роста и дифференцировки и, наконец, на значении половых гормонов для развития вторичных половых желез (М. Завадовский и др,). Во всех этих случаях действие гормона сказывается всегда только на совершенно определенных тканях, к-рые реагируют с им свойственной видовой специфичностью. В этом выявляется известное сходство с теми химич. раздражителями, к-рые лежат в основе индуцирующего действия различных частей у молодого зародыша.
Кроме изучения процессов нормального формообразования, М. р. ставит своей задачей также исследование регуляционных процессов, кажущихся «направленными» на восстановление целого, именно — процессов регенерации и реституции органов, частей и целого организма. Эти исследования ведутся в наст. время теми же методами, как и изучение эмбрионального развития, и приводят к подобным же результатам. И в процессах регенерации имеют место явления, весьма сходные с нормальным развитием. Как и последнее, они определяются в своем течении развертыванием последовательной цепи вполне закономерных процессов, ведущих от индифферентной (или мало дифференцированной) бластемы через процесс детерминации, определяемой остатками органа и ближайшими частями организма, к образованию «самодифференцирующегося» зачатка. Дальнейшее развитие такого зачатка в значительной мере зависимо от соотношений с другими частями организма и от его функций в самом широком смысле слова.
У нас в СССР пионером в области М. р. является Д. П. Филатов, положивший начало Московской школе молодых исследователей эмбриогенеза, сконцентрировавшей свое внимание на основных вопросах механики ранних стадий развития. Киевская группа работников (Б. Балинский, Н. Драгомиров и др.) изучала гл. обр. факторы органообразования. В Москве братья М. и Б. Завадовские с их учениками сделали многое в деле изучения формообразовательного значения гормонов, а Л. Бляхер с группой молодых работников исследовал метаморфоз у амфибий и выпустил ряд работ, посвященных явлениям регенерации.
Лит.: Балинский Б. И., Развитие зародыша, М. — Л., 1936; Генсли Дж. О. и де Бер Г. Р., Основы экспериментальной эмбриологии, пер. с англ., М. — Л., 1936; Korschelt Е., Regeneration und Transplantation. Bd II, Jena, 1907, 2 Aufl., В., 1927; Morgan Th. H., Experimental embryology, N. Y., 1927: Roux W., Gesammelte Abhandlungen über Entwicklungsmechanik der Organismen, Bd I—II, Lpz., 1895; его же, Die Entwicklungsmechanik, ein neuer Zweig der biologischen Wissenschaft, Lpz., 1905 (Vorträge und Aufsätze über Entwicklungsmechanik der Organismen, hrsg. y. W. Roux..., H. 1, 2 Lfgn); Schleip W., Die Determination der Primitiventwicklung, Lpz., 1929; Шпеман Г., Экспериментальные основы теории развития, Москва, 1938; Завадовский М. М., Динамика развития организма как наука, Москва — Ленинград, 1936.