Сергей Савельев - Происхождение мозга

Переход к живорождению стал у лабиринтовых амфибий принципиальным шагом на пути адаптации к наземной среде. Размножение стало отчасти независимым от водной среды. У архаичных амфибий существовали все возможные варианты наружного и внутреннего оплодотворения, длительного или краткосрочного вынашивания развивающейся икры (см. рис. III-2, а-г). Наиболее успешными стали животные с длительным вынашиванием зародышей. Судя по всему, они могли появляться на свет уже полностью готовыми к самостоятельному существованию. При откладке икры в воду зародыш может иметь минимальный запас желтка (см. рис. III, а). Личинка рано выходит из икринки и начинает питаться самостоятельно. При удлинении срока развития потребность в желтке или другом источнике питательных веществ резко возрастает.

Эта проблема решается несколькими способами. Можно использовать индивидуальный запас желтка или богатые секретом яйцеводы материнского организма. Зародыши некоторых живородящих пластиножаберных питаются стенкой яйцеводов вплоть до выхода из материнского организма. Однако чаще всего просто увеличивается индивидуальный запас желтка, в результате зародыш может долго находиться в организме матери. Он появляется на свет уже сформированным организмом, готовым к самостоятельному питанию. Такие варианты заботы о потомстве часто встречаются во всех группах первичноводных позвоночных. Ни к каким особым эволюционным достижениям такое внутреннее развитие, казалось бы, привести не должно. Тем не менее одна особенность биологии отличает древних амфибий от первичноводных позвоночных. Амфибийный образ жизни предусматривает пребывание на суше, где механические деформации тела под действием гравитации заметнее, чем в водной среде. Механические воздействия на репродуктивные органы, ещё не защищённые специализированными элементами скелета, неизбежно должны были привести к развитию компенсаторных демпферов — дополнительных оболочек (см. рис. III-1, б). Если бы зародыш находился вне организма матери, то никаких специальных внезародышевых оболочек не понадобилось, но на суше деформационные воздействия на органогенез внутри яйцеводов весьма велики.

Это связано с тем, что на ранних стадиях развития позиционная информация в морфогенетически активных зачатках эмбриона кодируется при помощи механогенетических процессов. Суть этого явления состоит в изменении проницаемости механозависимых ионных каналов при формообразовании. Они обеспечивают каждой клетке индивидуализированный позиционный сигнал, который биомеханически интегрирован со всем зачатком или растущим органом. Благодаря этим взаимодействиям клетка периодически получает управляющий позиционный сигнал и запускает региональные гистогенетические процессы (Савельев, 1993). Надо отметить, что этот механизм регуляции раннего эмбрионального формообразования характерен для всех позвоночных и предопределяет необходимость биомеханической защищённости развития. Понятно, что столь ненадёжный механизм весьма уязвим. Даже при незначительных статичных деформациях зародыша легко возникают множественные аномалии развития и эмбрион погибает. Любой переход к внутреннему развитию икринок должен предусматривать снижение механической нагрузки на зародыш. У первичноводных позвоночных сама среда создаёт биомеханически благоприятные условия для внутреннего развития икринки. Зародыш, как и материнский организм, находится в механически компенсированной водной среде.

При переходе на сушу это условие перестаёт соблюдаться. Обойтись простои неклеточной оболочкой уже практически невозможно. Неизбежно начинают формироваться внезародышевые оболочки (см. рис. III-1, а-в). Первоначально они возникают как демпферные структуры, окружающие зародыш. Самым простым способом механической защиты зародыша в яйцеводе становятся увеличение количества желтка и создание многослойной оболочки вокруг зародыша (см. рис. III-1, в, г). Судя по всему, амниотические оболочки и желточный мешок формировались в эволюции параллельно. Амниотические оболочки происходят из эктодермы, а желточный мешок — из энтодермы. Через амниотические оболочки обеспечивается обмен амниотической жидкости, омывающей зародыш. Желточный мешок служит для хранения питательных веществ зародыша, является источником первичных половых клеток и содержит клетки-предшественники форменных элементов крови.

Чем больше становился зародыш при внутреннем развитии архаичных рептилий, тем актуальнее становилась утилизация продуктов метаболизма эмбриона. Внутри тела матери пространство вокруг зародыша замкнуто, что требует некоего хранилища отходов или способа их выведения. На первом этапе эволюции внезародышевых оболочек эта проблема была решена просто: сформировался дополнительный мешок — аллантоис Это энтодермальное выпячивание вентральной поверхности эмбриональной задней кишки.

При развитии зародыша в аллантоисе накапливаются мочевина, мочевая кислота и азотистые продукты обмена. Любой из этих компонентов может летально изменить осмотический баланс вокруг зародыша, поэтому они изолированы друг от друга. Однако в аллантоисе не только накапливаются продукты жизнедеятельности зародыша. Через него у рептилий и птиц происходит газообмен при помощи специализированных кровеносных сосудов. У современных амниот все перечисленные оболочки окружены хорионом, или серозой, которая в зоне слияния с аллантоисом носит название хориоаллантоиса. Она также участвует в газообмене у современных рептилий и птиц.

Современные рептилии и птицы откладывают яйца в оболочках или обладают живорождением (см. рис. III-2, г, д). Дальнейшее развитие этих оболочек у млекопитающих привело к появлению хориоаллантоисной плаценты. Через неё происходит не только дыхание зародыша, но и обмен веществ, синтез гормонов и многие другие процессы (см. рис. III-2, е). Следует отметить, что у многих современных рептилий выявлена примитивная плацентация (Stewart, Blackburn, 1988). Она не столь совершенна, как у млекопитающих, но имеет ряд свойств, позволяющих использовать её для питания развивающихся зародышей рептилий.

Происхождение амниотических оболочек у зародышей архаичных рептилий может быть обусловлено внутренним оплодотворением и развитием. На это указывает отсутствие в палеонтологической летописи убедительных доказательств способности примитивных рептилий откладывать яйца на протяжении всего палеозоя, что позволяет допустить несколько иной вариант развития событий.