«Cystoopsis acipenseri N. Wagn1. ) (Из Гистологического Института Белорусского Госуд. Университета в Минске). Причины, побудившие меня взяться за изучение полового процес са у нематоды ...»
П. А, Мавродиади
Созревание и оплодотворение у нематоды
Cystoopsis acipenseri N. Wagn1 .
)
(Из Гистологического Института Белорусского Госуд. Университета
в Минске) .
Причины, побудившие меня взяться за изучение полового процес
са у нематоды Cystoopsis acipenseri N. Wagn.3 находятся в непосред
),
ственной связи с сущностью выполненной работы и заключаются в
следующем .
Еще в 1916 г., изучая эмбриональное развитие Cystoopsis, я обратил
внимание на то, что кариокинетические фигуры, встречающиеся в бласто мерах дробления, содержат неодина ковое количество хромозом. В типич ных случаях число их равнялось трем, и такие типичные картины мы видим на рис. 1 в, с. Но наряду с этим, в более редких случаях, кариокинетиче ские фигуры содержали иное число хромозом—4 (рис. 1 а), 5, 6 (рис. 16 и 17). Возникал вопрос, какое вообще число хромозом принадлежит Cystoopsis'y и чем обусловлено наблюдаемое мною непостоянство их числа. Ответа на этот вопрос естественнее всего было искать в явлениях созревания и оплодотворения, а потому и прихо дилось обратиться к изучению этих процессов .
Рис. 1. Первые стадии дробления Это было в 1916 г. Тогда я яйца Cystoopsis только что закончил свою работу относительно инфузории Heterocineta (n. g.), изучение кон'югации которой заставило меня задуматься над сущностью созревания и опло дотворения, и в результате, в особенности в отношении созревания, притти к выводам, отличным от тех, которые являются общеприняты ми. Именно, в противоположность обыкновенно различаемым двум делениям созревания—я, как в созревании, так и оплодотворении увидел один кариокинез, в середину которого вклинены особые ядерные Настоящая работа была доложена на Il-м С'езде Зоологов, Анатомов и Гисто логов в Москве 8 мая 1925 г .
2) Пузыревидна C y s t o o p s i s a c i p e n s e r i N Wagn. принадлежит к круглым червям и паразитирует в коже волжской стерляди, на брюшке которой возле брюшных щитков образует характерные опухоли. В каждой опухоли находится самец и самка. Тело самки шарообразно, диаметром около 5-6 мм. и снабжено тонким хоботком;
самец—червеобразен и гораздо меньше самки, достигая в длину лишь 2-2'/2 мм. при толщине в 1U мм .
процессы: для созревания—расхождение хромозом (редукция), для оплодотворения—их соединение; в случае созревания это вклинивание создает кажущуюся картину двух делений (редукционного и эквационного), чего в действительности нет. Как показало мне затем ознако мление с литературой, к подобным же выводам еще раньше меня при шел Г р е г у а р В, и теперь интересно было проверить эти заключения на других об'ектах, что и было второй причиной, заставившей меня заняться созреванием и оплодотворением у Cystoopsis .
Сначала мною был изучен сперматогенез. Несмотря на малую величину об'екта, характер протекания этого процесса был для меня убедительным подтверждением правильности моих и Г р е г у а р а выво дов относительно сущности созревания, и в 1918 г. мною были опубли кованы по этому поводу отдельными брошюрами две статьи 1 2) .
Так как эти статьи имели характер предварительных сообщений, да и изданные отдельными брошюрами они мало кому известны, то я считаю необходимым изложить сейчас как свои взгляды на половой процесс, так и более подробно те результаты, к которым я пришел при изучении сперматогенеза у Cystoopsis. Эти данные я пополняю в настоящей статье описанием изученного мною в последнее время со зревания яиц у Cystoopsis и, наконец, оплодотворения. Последние иссле дования снова подтвердили мой взгляд на сущность цитологических картин полового процесса и, кроме того, об‘яснили мне то явление непостоянства числа хромозом, о котором я говорил выше .
L Отношение редукции и оплодотворения к кариокинезу Среди различных жизненных явлений созревание половых клеток обращает на себя внимание такими особенностями, сущность которых, несмотря на морфологическую их простоту, остается для нас совер шенно непонятной. Заключаясь в редукции хромозом, что осущест вляется своеобразным редукционным делением, оно в то же время неизменно сопровождается и вторым делением—эквационным, назна чение которого для нас остается полной загадкой. Так обстоит дело и в тех случаях, когда разыгрывающиеся теперь ядерные процессы одновременно сопровождаются делением клеточного тела; так обстоит дело и тогда, когда весь процесс совершается исключительно в ядрах, не вызывая в клеточном теле каких-нибудь изменений. Эта непонят ная сторона созревания усложняется еще одной особенностью, свой ственной редукционному делению: после окончания его, ядра по пра вилу не переходят в состояние покоя, несмотря на то, что в огром ном большинстве случаев теперь имеет место деление клеточного тела .
Загадочность указанных сторон созревания еще более оттеняется обилием тех телеологических об'яснений, к которым мы прибегаем для того, чтоб раз‘яснить себе внешние стороны протекания этого важного процесса, и которые всегда являются суб'ективными. В сущ ности для нас здесь все телеологично: самое созревание, как мы ду маем, служит для той цели, чтоб предотвратить при оплодотворении бесконечное суммирование хромозом (О. Г е р т в и г ) или противодей ствовать накоплению наследственных свойств ( Ве й с ма н ), хотя, конеч но, свойства эти все-таки накопляются; ядро после окончания редукцион ного деления для того-де не переходит в состояние покоя, чтоб поме 1I G r e g o i r e. Les Cineses de maturation dans Ies deux regnes.—La Cellule. Tome XXVI. 1910.—стр. 383-384 .
2) a. M а в p о д u а д и, 11. — Редукция и оплодотворение,—Ростов н /Д —1918 г .
в. M а в р о д и а д и, II. Сперматогенез y C y s t o o p s i s a c i p e n s e r i N. Wagn.—Ростов н/Д—1918 .
— шать росту хромозом и накоплению хроматина; эквационное деление, по Г о л ь д ш м и д т у, обслуживает цели наследственности, умножая количество хромозом как носителей наследственных факторов .
Эти непонятные стороны созревания и обилие телеологических об'яснений заставили меня в 1916 г. задуматься над тем, правильно ли мы толкуем этот процесс, и размышления по этому поводу, как и изучение литературного материала показало мне, что в суждениях о процессе созревания мы допускаем две основные ошибки .
Первая наша ошибка заключается в характере оценки тех ядер ных процессов, которыми сопровождается редукция хромозом; нельзя не видеть, что применение к ним термина „деление“ совершенно произвольно и никоим образом не может быть оправдано фактиче ской стороной дела. Редукция разводит цельные хромозомы, и этот своеобразный процесс не только, что не имеет ничего общего с деле нием, но прямо противоречит сущности этого процесса, которым наследственные факторы не раз'единяются, но равномерно распреде ляются между дочерними ядрами, имеем ли мы дело с митозом, амитозом или хромидиальным размножением ядер .
Итак, для того, чтоб считать редукцию делением, мы со стороны ядра не получаем никаких оснований, и наши суждения в данном случае совершенно произвольны .
Можно ли эти основания получить со стороны поведения кле точного тела? На этот вопрос мы обыкновенно отвечаем утвердитель но, и в этом заключается наша вторая ошибка .
Хотя ядро и клеточное тело теснейшим образом связаны друг с другом, однако эта связь не лишает их известной самостоятельности, и это в особенности в процессе деления. Деление ядра может совер шенно не сопровождаться делением клеточного тела, что приводит к существованию постоянных или временных многоядерных клеток. Та ким же образом и деление клеточного тела не требует одновременно го деления ядра, что мы видим на примерах плазмотомии. Отсюда следует, что оценивать характер поведения ядра с точки зрения по ведения клеточного тела—это значит допускать ничем не оправды ваемое произвольное обращение с фактами; в частности же—говорить о редукции,как о делении, на том основании, что в это время клетка путем почкования или равномерного деления может делиться на-двое —это значит искажать то, что существует в природе. Это тем более, что существуют созревания (напр., у одноклеточных организмов), ко торые протекают исключительно на ядрах и ни в малейшей степени не отражаются на клеточном теле .
Результаты такой неправильной оценки фактов на лицо. Они выражаются в упомянутых выше непонятных сторонах созревания и в необходимости пользоваться телеологическими об'яснениями для того, чтоб хоть сколько-нибудь осветить непонимаемое нами явление .
Положение дела однако резко изменяется, как только мы отка жемся от явно произвольного утверждения, что редукция есть деление, и посмотрим на нее как на своеобразный ядерный процесс, отводящий друг от друга цельные и, повидимому, качественно сходные хромо зомы (отцовские и материнские). В этом случае картина созревания тотчас же проясняется, все непонятное становится крайне простым и очевидным, а телеологические об'яснения уступают свое место кау зальным обоснованиям .
Для конкретного примера возьмем хорошо изученное созревание половых клеток у Ascaris—все равно, яиц или сперматозоидов. Раз ре дукция не деление, а лишь процесс, оперирующий с хромозомами, то для нас должно быть совершенно очевидным, что сама по себе она не может осуществляться в клетках, так как в покоющихся ядрах мы не наблю даем хромозом '). Следовательно, для возможности осуществления ре дукции ей должен быть предпослан процесс, образующий хромозомы .
Таким процессом, по нашим сегодняшним сведениям, является только профаза кариокинеза. Действительно, как во взятом примере Ascaris, так и во всех других случаях мы наблюдаем в начале созревания про фазу кариокинеза, правда не в чистом виде, но с видоизменениями, безусловно вызванными влиянием приближающейся редукции. Важней шими из этих видоизменений являются очень частые случаи группиро вок хромозом в пары, что составляет явление так называемой их „кон‘гогации“. Часто свойственное и нормальной профазе раннее разделе ние хромозом на дочерние части может наблюдаться и сейчас, и последнее обстоятельство вместе с „кошюгацией“ обусловливает по явление тетрад. В других случаях мы наблюдаем различные фазы ви доизменений клубка, что заставляет нас говорить о синаптеновой, лептотеновой, пахитеновой и других стадиях. Конечно, все эти привхо дящие детали не должны скрывать от нас главной сущности разыгры вающегося процесса, а именно—образования хромозом, что, как эго ясно, является принадлежностью профазы кариокинеза .
Однако начавшийся кариокинез и долженствующий в дальней шем перейти в метафазу и анафазу—при созревании прерывается насту пающей редукцией. Раз хромозомы образованы, то этим созданы в условия для осуществления редукции, и вместо продолжения карио кинеза мы видим, что цельные хромозомы (у Ascaris каждая часто и виде двух дочерних половинок) начинают отходить друг от друга, расходясь к различным полюсам. В это время клетка перешнуровы вается на две части, что и производит на нас впечатление деления .
Деления однако нет, так как оно характеризуется не поведением кле точного тела, а поведением ядра, а в последнем начавшийся кариоки нез дошел только до середины и был прерван редукцией, которая цель ную и характерную для данного вида группу хромозом разбила на две группы. Только с окончанием редукции прерванный кариокинез может развиваться дальше, что мы в действительности и наблюдаем в виде так называемого второго или эквационного деления. Нельзя не видеть, что при взгляде на него как на самостоятельное деление, оно не ме нее оригинально, чем все другие стороны созревания при их обыден ном толковании, и оригинальность заключается здесь в отсутствии начальных стадий. Наоборот, при проводимом здесь взгляде, само со бой очевидно, что эти стадии прошли в самом начале созревания, были прерваны редукцией, и их дальнейшим развитием являются метафаза, анафаза и телофаза, которые и свойственны для так назы ваемого эквационного деления. Вместе с тем, действительное своеоб разие второй половины кариокинеза созревания заключается в том, что, благодаря редукции, она протекает на двух группах хромозом, у Ascaris даже в двух различных клетках. В каждой из этих групп нормаль ным образом проходит метафаза, анафаза и телофаза, которые заканчива ют истинное деление ядра (а часто и клетки) на две части. Не отделяя профазы кариокинеза от редукции и об'единяя их в 1-ое или редук ционное деление, мы анафазу и телофазу считаем 2-ым делением, или эквационным. В действительности различаемых нами двух делений— нет. Все созревание представляет собою один кариокинез, в середину ’) Причины здесь безусловно сложнее, но настоящее время мы должны польr оваться этими простыми об'ясненпямп .
которого (между профазой и метафазой) вклинена редукция хромозом .
Оно таким образом проходит по схеме: 1-ая половина кариокинеза— редукция —2-ая половина кариокинеза .
При таком взгляде на созревание не остается места ни для каких неясностей .
Сущность этого процесса заключается в редукции хромозом !) (созревание есть редукция), и это явление может происходить только на основах кариокинеза, во время которого хромозомы образуются .
Кариокинез, другими словами, является тем условием, при котором возможна редукция. Весь процесс можно сравнить с тем, какой про исходит, когда мы открываем дверь. Мы нажимаем дверную ручку, или создаем условия для открытия двери (профаза кариокинеза), за тем толкаем дверь вперед, осуществляя таким образом центральный пункт всего процесса (редукция), после чего опускаем дверную ручку, приводя дверной механизм в первоначальное состояние (метафаза, ана фаза и телофаза) .
Нам незачем придумывать те или иные цели, которые яко-бы преследует природа при созревании. Как всюду в природе, так и здесь мы имеем дело лишь с самой строгой причинностью, и в данном случае она весьма проста и выступает с полной очевидностью .
Вполне вероятно, что редукция назревает исподволь, на протяжении ряда делений предшествующих клеточных поколений. Когда потреб ность ее назреет окончательно, наступает созревание, и очередный кариокинез теперь приобретает характер кариокинеза созревания. О причинах образования тетрад мы уже говорили выше. Что касается других неясных сторон созревания, то нельзя не видеть, что ни одна из них при данном толковании не вызывает каких-либо вопросов .
Для нас должно быть совершенно очевидным то обстоятельство»
что не наблюдающийся по правилу после редукции покой ядра в действительности и не должен теперь иметь места, так как карио кинез в это время дошел только до середины, а покой ядра является завершением кариокинеза. Наоборот, для нас должны быть особенно интересны те случаи, когда после редукции мы наблюдаем хотя бы частичный переход ядер в покоющееся состояние, так как эти случаи показывают, что те изменения, которые претерпевает клеточное тело, могут в той или иной степени отражаться и на ядре .
Таким же образом, как при данном толковании отпадает вопрос об отсутствии покоя ядра после редукции, теперь отпадает вопрос и о причинах существования так называемого эквационного деления .
Оно оказывается ничем иным, как второй половиной прерванного редукцией кариокинеза, и его неизбежное сопутствование редукции вполне очевидно .
Рассматривая таким образом созревание состоящим из 3-х частей (1-ая половина кариокинеза, редукция, 2-ая половина кариокинеза), мы легко можем понять, что из указанных частей может быть удале на только одна—именно, редукция. Тогда останется один чистый карио кинез, уменьшения числа хромозом не произойдет и в случае яйцевой клетки выделится только одно полярное тельце. Такие случаи мы и наблюдаем при партеногенезе 2) .
J) Центриоли также подвергаются в это время изменениям, и это обстоятельство является крайне важным, так как с ним нам придется считаться при более детальном обосновании созревания. Пока мы не можем сделать этого .
-) В этом отношении различные случаи партеногенеза могут быть распределены на три группы: 1) партеногенез при отсутствии оплодотворения, по наличии созревания в неизмененном виде; детский организм в этом случае будет обладать половинным (гопВот эта выясненность всех сторон созревания для меня лично делает изложенное толкование особенно привлекательным. Десятилет ние размышления над этим вопросом и учитывание различных лите ратурных данных, которые были в моем распоряжении, показывают мне (как, по крайней мере, мне кажется), что против изложенного об'яснения явлений созревания можно сделать только три возражения .
Одно из них может основываться на том, что при созревании мы не на блюдаем чистой профазы, так как оно начинается с явлений кон'югации хромозом, чем обнаруживается связь этой части созревания с редукцией. По этому поводу я только что уже говорил. Действи тельно, чистой профазы при созревании нет, так как эта часть карио кинеза теперь находится под сильным влиянием наступающей редук ции. Однако вообще профаза не представляет собой процесса, кото рый протекал бы по определенным путям, а сущность ее теперь на лицо: она заключается в образовании хромозом, очень часто—в клуб ках, что мы неизменно и наблюдаем при созревании. Что же касается вопроса о кон'югации хромозом и о связи этого явления с редукцией, то мне кажется, что вообще такое заключение еще недостаточно раз работано, и явления различной валентности хромозом вряд ли можно ставить в связь только с редукцией, чему подтверждением служат и описываемые мною ниже ядерные картины у Cystoopsis .
Второе возражение может основываться на встречающихся иног да частичных переходах ядер после редукции в состояние покоя .
Выше об этом уже говорилось. Аналогичные делению переживания клеточного тела естественным образом могут от ажаться на ядре, а потому те или иные картины покоя, в виде разрыхленных хромозом .
образования ядерной оболочки и т. п., не могут считаться фактом опровергающим наши выводы .
Более существенным является третье возможное возражение .
Очевидно, что высказанное мною толкование явлений созревания при менимо всюду, где только мы до сих пор имели возможность первое деление считать редукционным, а второе—эквационным. Однако в не которых случаях мы имеем явные доказательства тому, что первое деление может быть эквационным. Таков случай у Anasa tristis, где гетерохромозома делится при первом делении, или у Phrynotettix, где конйогирующие хромозомы неравной величины, а потому можно констатироват..-, что при первом делении расходятся их дочерние части !) .
Возможное об'яснение этому явлению мною дано еще в моей статье 1918 г. Я допускаю, что 4 хромозомы тетрады, образующиеся от двух кон'югантов, в некоторых случаях становятся настолько самостоятель ными, что в ответ на распадение клеточного тела при первом „деле нии“ клетки к различным полюсам расходятся дочерние части хромо. ом.
Это может иметь место тем более потому, что насущности со зревания такое нетипичное поведение хромозом не может отразиться:
четыре хромозомы тетрады все равно должны быть размещены между четырьмя клетками, а потому безразлично, произойдет ли их раз'единение сначала по линии, отделяющей цельные хромозомы, а затем по лоидным) числом хромозом; 2)]партеногенез при отсутствии и оплодотвирения и созрева ния, но от последнего остается лишь деление клеточного тела по типу почкования, вследствие чего от яйца отделяется одно полярное тельце и 3) партеногенез при утрате всех следов полового процесса, даже в отношении деления клеточного тела, которое является равномерным. В обоих последних случаях число хромозом в детском организме будет нормальным (диплоидным) .
') О P h r y n o t e t t i x говорю на основании книги Т. М о р г а н а „Структур ные основы наследственности“ .
-2 3 5 — линии, отделяющей их дочерние части, или будут иметь место обрат ные отношения .
Таким образом все указанные возражения отпадают .
Между тем высказанный на созревание взгляд получает новое, хотя и косвенное подтверждение в том, что и оплодотворение, следующее за созреванием, таким же образом складывается из трех соответству ющих частей .
Отношения здесь, конечно, будут обратными .
Если в начале созревания мы имеем дело с одной цельной груп пой хромозом, которая этим процессом разбивается на две группы, то перед оплодотворением пред нами находятся две группы этих элемен тов, соединяющиеся в течение процесса в одну группу .
Однако формы протекания оплодотворения те же, что и созре вания. В виде конкретного примера возьму в данном случае класси ческий пример Ascaris .
В обоих ядрах, мужском и женском, процесс начинается с обра зования хромозом, т. е. с первой половины кариокинеза; когда хромозомы образованы, наступает своеобразный ядерный процесс, параллель ный, но и прямо противоположный редукции. Мужские и|женские хромозомы притягиваются друг к другу, образуя в конце концов цельную кариокинетическую фигуру—экваториальную звезду. Подобно редук ции этот процесс соединения двух групп хромозом прерывает на вре мя естественный ход начавшегося кариокинеза, и только с окончанием соединения—кариокинез продолжается дальше в виде его анафазы и телофазы и заканчивается делением клетки на-двое. Таким образом здесь, в противоположность созреванию, кариокинез начинается в двух ядрах и заканчивается в одном ядре. Важным, однако, является то обстоятельство, что и акт соединения хромозом, подобно редукции, вклинен в кариокинез, который и в данном случае является тем усло вием, при котором осуществляется этот процесс .
Из сказанного следует, что и созревание и оплодотворение мож но схематически представить в следующем виде (вверху и внизу обо значены общепринятые представления, а посредине—курсивом—излага емый мною взгляд):
Конечно, это только схема, раз'ясняющая нам сущность дела. В той или иной степени она может осуществляться и в жизни, но, само собою разумеется, трудно и ожидать, чтоб всякое созревание и опло дотворение представляло точную ее копию. Наоборот, жизнь как всю ду, так и здесь сказывается в изменениях, изучение которых соста вляет особый научный интерес .
Мне кажется, что следить за этими изменениями удобнее всего на графических построениях, которые и были мною предложены в 1918 г .
— —
Видоизмененный таким образом процесс интересен в том отноше нии, что он дает об‘яснение чрезвычайно своеобразному течению „со зревания“ при сперматогенезе у пчелы. Число хромозом здесь гапло идно, а потому для редукции (созревания) условий нет, и его не мо жет быть. Наблюдающиеся теперь ядерные превращения представляют собой лишь отголосок когда-то бывшего созревания .
Если в рис. 5-м мы представим себе гаплоидное число хромозом, то нам придется отбросить одну половину чертежа, напр. верхнюю .
В этом случае, при оставшейся одной нижней части чертежа, мы увидим, что образовавшиеся от а до b хромозомы (во время профазы), не про изведя никаких перемещений, снова соберутся в покоющееся ядро (от b до й1 после этого начальная часть кариокинеза снова должна );
будет осуществиться (от b' до с), а вслед за нею кариокинез нормаль но закончится (с—d) .
Наблюдения над сперматогенезом у пчел показывают, что изложенные ядерные превращения могут сопровождаться своеобразным явлением со стороны клеточного тела, Именно, в момент, соответствующий когда-то б ы в ш е й редукции (от b до ^1), от клетки отделяется без'ядерное тельце; после э т о г о клетка нор мально почкованием делится на две части .
Весь процесс, со блюдая точное число хромозом (8), может быть передан следу ющим ч е р т е ж о м (рис. 6). Рис. 6 — —
) Они собраны в двух больших работах Gre'goire'a. La Cellule —1905 и 1910 г .
выполнения они строятся на основах кариокинеза, вклиниваясь в него между его профазой и метафазой .
Какие бы то ни было явные исключения из этого правила мне неизвестны, но исключения сомнительного характера можно бы найти в литературе. Я говорю, напр., об описаниях слияния ядер во время оплодотворееия у Protozoa. Такого рода данные настолько поверхно стны и настолько оставляют желать многого в отношении более точ ного исследования, что основывать на них наши суждения о процессе вряд ли возможно .
Что касается литературы вопроса, то я выше уже указывал на работу Г р е г у а р а, который еще раньше меня пришел к тем же са мым выводам относительно созревания, не касаясь вопроса об оплодо творении .
В обоих своих книгах, посвященных вопросу о явлениях созревания, Г р е г у а р придерживается обыденного подразделения этого процесса на два деления, и только в заключительной части второй книги (1910 г .
стр. 383—384), при выяснении вопроса о причинах существования двух делений созревания, Г р е г у а р высказывает взгляд, что в явлениях со зревания мы имеем дело с редукционным процессом, который „вкли нен в последний кариокинез ово,—спермато,—и спорогенеза“. При этом автор ссылается на работы Fa г п е г ’а и М о о г е ’а, которые внушили ему этот взгляд еще в 1904 г, а равным образом приводит мнение R u e c k e r f a и Bo v e r i, согласно которым кариокинез является тем условием, при котором может совершиться редукционный процесс .
К сожалению, как это было уже указано, Г р е г у а р не применил этого взгляда на созревание к разработанному им огромному фак тическому материалу. Кроме того, он не стал и на путь каузальных об‘яснений различных сторон процесса, а, наоборот, дал еще новые телеологические предположения. По его мнению, связь редукционного процесса с кариокинезом преследует ту цель, чтоб клетка не могла избежать этого важного для нее процесса, а последнее было бы воз можно, если б редукционный процесс происходил сам по себе. Такой взгляд совершенно противоречит нашему пониманию, согласно кото рому как редукция, так и оплодотворение суть акты, оперирующие с хромозомами, а потому и осуществление^их возможно только на осно вах кариокинеза .
Иллюстрацией ко всему сказанному являются нижеприводимые данные относительно протекания процессов2созревания и оплодотво рения у Cystoopsis acipenseri ')• И. Сперматогенез у Cystoopsis acipenseri .
Как уже было указано, протекание сперматогенеза у Cystoopsis acipenseri в свое время явилось для меня первым и при том убеди тельным доказательством правильности моих суждений о созревании, и в 1918 г. по этому поводу мною была опубликована статья отдель ной брошюрой, имевшая характер предварительного сообщения. Нельзя не повторить этого примера и в настоящей статье.1 1I Когда настоящая статья отдавалась в печать (ноябрь 1927 г.), мною был получен очередный номер Anat. Bericht (Bd. 10, Heft */з), по которому я ознакомился с кратким содержанием работы E k m a n ‘a G. (Uber den Unterschied zwischen Keduktions-u n d Aquationsteilung in: Ann. Soc. Zool. Bot. Fennicae Vanamo. 6, Nr. 1, 1—36. 3 Fiq. 1927). Как видно из передаваемого содержания этой работы. E k m a n, исходя из других сообра жений, чем я, а именно основываясь на характеристике хромозом до и после редукции, в результате приходит в отношении созревания к выводам, по существу тождественным с моими .
— — Мужские половые органы самца Cystoopsis представляют непарную трубку, извивающуюся сначала по направлению к переднему концу тела, а затем поворачивающую и с такими же извивами достигающую заднего конца, где она оканчивается слепо. Этим слепым концевым от делом начинается семенник, па долю которого приходится большая часть половой трубки; за ним следует отдел, служащий для собирания семени; наконец, последнюю часть составляет открывающийся наружу ductus ejaculatorius .
Стенки семенника снаружи покрыты слоем эпителия, от которого внутрь идут четыре-пять клеточных слоев, служащих для образования семени. Наиболее поверхностные слои (первый и второй), прилегаю щие к оболочке, состоят из сперматогониев и отчасти сперматоцитов 1-го порядка; два другие слоя, ближайшие к просвету трубки, заклю чают в себе последние стадии образования сперматозоидов. Таким об разом процесс сперматогенеза наблюдается на протяжении всей труб ки семенника и идет от оболочки к просвету трубки .
Величина всех клеточных элементов весьма незначительна. Наи меньшими из них являются сперматогонии, которые имеют в длину лишь 3-5 а; в сравнении с ними сперматоциты несколько больших размеров, и на поздних стадиях их длинная ось достигает до 8-9 щ Процесс размножения сперматогониев проходит совершенно нор мально, но, повидимому, с большими промежутками, так как на сре зах огромное большинство ядер находится в покоющемся состоянии .
При наступлении кариокинеза в их небольших ядрах, с поперечником в 1-21/') I на место одного—двух ядрышек появляется много мел х, кой хроматиновой зернистости, постепенно заполняющей все ядро (рис. 9 Ь); эта зернистость затем исчезает за исключением 3-5 зерныш кообразных хромозом. Последние вскоре входят в состав кариокинетической фигуры миниатюрных размеров с двумя еле видимыми центриолями и протянутым между ними веретеном (рис. 9 с). Число хро мозом от 3 до 5. После этого совершенно нормально следует стадия анафазы (рис. 9 d), приводящей ядра снова в состояние покоя .
От этих картин размножения процесс созревания резко отличается отсутствием центриоль и веретена .
Созревание. 1-ая п о л о в и н а к а р и о к и н е з а (профаза). В начальных стадиях созревания еще нельзя обнаружить каких-либо ха рактерных отличительных особенностей от тех же стадий кариокинеза .
Среди типичных сперматоцитов, уже пре терпевающих процесс редукции, там и сям находятся клетки то с покоющимися ядра ми, то с ядрами, в которых, как и в начале деления, вместо ядрышек находится много мелкой зернистости. Это обстоятельство можно толковать только таким образом, что начальные стадии созревания (профаза) вполне совпадают с таковыми же стадиями Рис. 9. Деления сперматогониев и образование сперматозоидов у кариокинеза деления .
Однако потребность в редукции уже Cystoopsis, увел. 1000 назрела, и во многих об'ектах это особен ное состояние клетки сказывается в различных видоизменениях клуб ков или кон'югации хромозом. У Cystoopsis всего этого нельзя обна ружить, и в более поздних стадиях профазы, когда ядро освобо ждается от хроматиновой зернистости, можно лишь констатировать от сутствие центриоль и несколько большую, чем обычно, величину хро мозом, появляющихся в числе 5 на месте исчезнувшего ядра. Никаких 241 — следов ахроматинового веретена также не удается заметить. Хромозомы, как указано, вырисовываются более резко благодаря несколько большей своей величине, при этом все они вполне одинаковы, и поло вая хромозома среди них ничем не выделяется. (Рис. 9 е) .
На этом заканчивается профаза кариокинеза созревания, сущность которой сводится к образованию хромозом. Она, как видно, почти впол не совпадает с профазой кариокинеза деления, за исключением лишь исчезания центриоль .
Теперь, однако, ход начавшегося кариокинеза прерывается назрев шей редукцией .
В с т а в о ч н а я ч а с т ь (редукция). При наступлении редукции сперматоциты уже хорошо отличаются от сперматогониев. Помимо отсут ствия центриоль и веретена самое расположение хромозом теперь весьма характерно, так как в самом же начале процесса три из них располагаются по направлению к одному полюсу, а две другие—к другому. В общем они образуют пятиугольник, в углах которого и нахо дятся (рис. 9 f) .
Эта кратковременная стадия затем сменяется рядом новых кар тин вследствие постепенного расхождения друг от друга обоих групп хромозом (рис. 9 g). Не редко теперь можно распознать и гетерохромозому. Хотя обычно все хромозомы по величине совершенно оди наковы, но в некоторых случаях гетерохромозома вытягивается в дли ну, принимая палочковидную форму, как бы притягиваясь и к одному и к другому полюсу (рис. 9 h) .
Обыкновенно клетка теперь удлиняется, достигая по большой оси от 5 до 8 и, но деления клеточного тела не происходит. Само со бой понятно, что это обстоятельство является важным, так как оно лишний раз подчеркивает, что обычно наблюдающееся при редукции деление клетки представляет собой привходящее явление, а потому и не может обусловливать собой наших суждений о сущности процесса .
2-я п о л о в и н а к а р и о к и н е з а (метафаза, анафаза, телофаза) .
После того, как редукция закончилась, и одна группа в 3 хромозомы ста ла у одного полюса клетки, а другая в 2 хромозомы—у другого, начав шийся кариокинез и дошедший только до середины продолжает свое дальнейшее развитие. Нормально теперь должна следовать метафаза, во время которой каждая группа хромозом располагается к различным полюсам своими дочерними частями, и как показывает дальнейшее развитие процесса (см. ниже) эта стадия теперь и имеет место. Но благодаря малой величие об'екта, в данный момент совершенно не возможно уловить ориентировку хромозом. Дальнейшее развитие про цесса видно только по тому, что расщепившиеся на дочерние половины хромозомы начинают расходиться в различные стороны Другими сло вами, теперь начинается анафаза (рис. 9 i). Если незадолго перед этим в некоторых случаях можно было узнать гетерохромозому по ее па лочковидной форме, то сейчас это отличие уже никогда не наблю дается, и все хромозомы совершенно одинаковой величины. Это обстоя тельство имеет общее значение, так как говорит нам об изменчивости форм хромозом, а потому и не позволяет связывать сущности этих элементов с какой-либо их формой, напр., палочковидной1) .
Особый интерес имеет самый характер передвижения хромозом в клетке. Обе группы этих элементов движутся к поверхности клетки не в одной плоскости, а в двух плоскостях, взаимно перпендикулярных ’) По этому вопросу я подробно высказался в своей статье „Сущность хромозом и их отношение к явлениям наследственности“. Записки Велор. Гос. Инст. Сел. и Лесн. Хоз, .
1925 г. '
16. Прады БД У Л“ 17—18 .
-
отпадают вопросы и о причинах отсутствия покоя ядра после редук ции и о причинах существования так называемого „эквационного де ления“. Как показывает ниже прилагаемая схема (рис. 11), весь процесс сперматогенеза сам собою распадается на те три части, о которых говорилось в первой главе настоящей статьи и на которые может быть разложено всякое созревание. Помимо отсутствия деления кле точного тела после редукции, иллюстративности здесь косвенно содей ствует еще сходство начальных стадий созревания с типичной профазой кариокинеза деления и образование дочерних хромозом только после редукции .
III. Созревание яйцевых клеток Cystoopsis .
Наружный вид самок Cystoopsis весьма характерен. Их тело ша рообразно и спереди вытягивается в хоботок; по своим размерам они значительно больше самцов, и ими обусловлены характерные опухоли на брюшке зараженных этим паразитом волжских стерлядей .
В каждой опухоли помещается самец и самка, заключенные в об щей капсуле, всегда закономерно расположенной по отношению к брюшным щиткам стерляди в толще сопшп'а .
Половые органы самки, как и самца, представляют собой непар ную трубку, которая, сообразно большим размерам самки, достигает значительной длины—до 1 метра и больше .
По длине эта трубка распадается на обычные отделы—яичник, яйцевод, матку и, наконец, влагалище. В отличие от семенников, овогонии занимают не всю окружность стенок яичниковой трубки, но лишь некоторой длины лентообразный участок. Размножение клеток, повидимому, происходит у самой поверхности яичника, где расположены са мые маленькие клетки (около 2-3 ;х в поперечнике), постепенно за тем растущие и отодвигающиеся к просвету трубки, куда и выпадают после достижения определенной величины, а именно около 20-25. д Однако каких-либо картин деления овогониев мне не удалось видеть .
Продвигаясь из яичника в яйцевод, овоциты продолжают расти, принимая в то же время овальную форму, и при достижении в длину 35-40 и подвергаются процессу созревания. Последний обладает здесь .
другим характером, чем при сперматогенезе. И наличие кон'югации хромозом в начале процесса, и выделение 1-го полярного тельца после редукции затрудняет должное понимание этого процесса, а имеющие теперь место запутанные числовые соотношения хромозом еще более усложняют вопрос. Как бы там ни было, несмотря на все эти отри цательные стороны, полная возможность видеть во всем ходе процес са кариокинез с вклиненной в него редукцией делает для меня цен ными созревание яйца Cystoopsis-, этот процесс здесь кроме того интере сен и целым рядом оригинальных особенностей ) .
Созревание. 1-ая п о л о в и н а к а р и о к и н е з а (профаза) .
Готовый к созреванию овоцит овальной формы и окружен тонкой ‘) У самок C y K t o o p s i s мною констатировано наличие двух типов ядерных процессов как в соматических, так и половых клетках. По всей вероятности, это явление связано с возрастными изменениями организма, и сейчас составляет предмет моих иссле дований. В настоящей статье я сообщаю только об одном типе, а именно том, который я провизорно отношу к более старым организмам. Такой мой выбор обусловлен тем, что в настоящей статье я почти исключительно интересуюсь вопросом о конструкции про цессов созревания и оплодотворения и не хочу углубляться в тонкости строения центриоле-хромозомного аппарата клетки, что составляет мою вторую задачу при изучении C у S t о о р S i s‘a. В указанном отношении ядерпые процессы у старых организмов более благоприятны, так как по своей внешности они проще, чем у молодых, и не заставляют отклоняться в сторону других цитологических вопросов .
— —
чек. расположенных на довольно далеком расстоянии друг от друга (рис. 12 е) .
Этой стадией заканчивается профаза, во время которой, как обыч но, ясно выступают хромозомы и центриоли. Теперь может иметь ме сто редукция, но картины, которые мы теперь наблюдаем при созре вании яйца, в высшей степени не ясны и сбивчивы .
В с т а в о ч н а я ч а с т ь (редукция). Начинается редукция с того, что центриоли становятся по полюсам гомогенного островка. В экваторе между ними располагаются палочковидные хромозомы, параллельно продольной оси долженствующего быть, но не представленного ве ретена .
По правилу мы теперь ви дим только две хромозомы, и это обстоятельство можно об‘яснить трояким образом .
Во-первых, как это показы вают наблюдения, три обра зовавшиеся хромозомы рас положены не в одной, а в различных плоскостях, в силу чего вполне естественно, что одна из них будет скры ваться за двумя другими, тем более, что вся фигура обладает крайне миниатюр ными размерами (около 4 u в длину и 1-2 ч в ширину); вовторых, как это будет отме чено, одна из хромозом часто значительно меньше других, вследствие чего она может и раскрашиваться легче по следних при приготовлении препаратов, окрашенных же лезным гематоксилином; в третьих, наконец, м н о г и е Рис. 13. Процесс редукции в яйцевых клетках Cystoopsis Увел 1000 картины говорят за то, что третья хромозома тесно при легает к одной из двух других, или даже сливается с ней, и тогда видеть ее нельзя. Вероятнее всего, что все эти три обстоятельства, складываясь вместе, обусловливают исчезновение третьей хромозомы, вследствие чего картина получается сбивчивой (рис 13а). Это неблагоприятное обстоя тельство особенно отражается на следующей стадии, являющейся весьма характерной для созревания яиц Cystoopsis и тянущейся на большом про тяжении яйцеводов. В это время прежде всего обращают на себя вни мание центриоли своей более значительной величиной (рис. 13 в,с). Вели чина их возрастает втрое или вчетверо и, так как между стадиями а и с можно собрать все переходы, то из этого следует, что процесс уве личения центриоль идет постепенно. Каждая^ палочковидная хромозо ма теперь распадается на двое и в связи с тем, что третья хромозома большею частью не видна, между двумя крупными центриолями за легают 4 точечных хромозомы. Однако в некоторых случаях удается разыскать картины, которые соответствуют истинному числу хромозом Cystoopsis. В этих случаях удается заметить (рис. 13 с, d), что по краю всей фигуры находятся еще две хромозомы в виде крайне мелких то — чек, располагающиеся при этом в другой плоскости, чем отчетливо видимые пары хромозом. Здесь не безынтересно отметить, что в не скольких случаях я мог убедиться, что и отчетливо видимые хромозомы не одинаковой величины, и одна их пара больше другой. На этом основании можно сказать, что 6 хромозом самки Cystoopsis рас падаются по своей величине на три группы: одну пару больших, одну пару меньших и пару крайне мелких телец (рис. 13 с). Впрочем та кое различие в величине обнаруживается не всегда, а у самца оно вообще никогда не проявляется. У самки хромозомы каждой пары обращены к различным полюсам, как это и следует ожидать для ре дукции, в отношении которой данная стадия является началом рас хождения однозначных хромозом .
Начавшееся расхождение продолжается дальше, при чем теперь хромозомы могут принимать и палочковидную форму. Вообще эта часть редукционного процесса обращает на себя внимание рядом особенностей .
Прежде всего, значительно увеличившиеся в предыдущей стадии центриоли теперь начинают быстро уменьшаться до полного своего исчезновения (рис. 13 d, е. f, gt .
Одновременно с этим все веретено, расположенное первоначально параллельно продольной оси клетки, теперь начинает изменять это свое положение сначала на косвенное, затем, на поперечное (рис. 13 е, f, g) .
Вместе с этим поворачиванием один из полюсов веретена близко под ходит к боковой поверхности клетки, и вокруг данной группы хро мозом обособляется небольшой участок плазмы. Таким образом выде ляется первое полярное тельце с половиной общего числа хромозом, чем редукционный процесс и заканчивается. В яйце после этого мы видим то две, то три хромозомы (рис. 13 h) .
Описанное только что поворачивание веретена напоминает до известной степени подобное же явление, наблюдавшееся З а л е н с к и м 1) при созревании яиц сальп. Оно, как видно, противоречит общеизвест ному правилу Г е р т в и г а, согласно которому ось веретена распола гается по направлению наибольших протоплазменных масс, на что я уже обращал внимание по другому поводу, при описании деления инфузории Heterocineta2 Поворачивание веретена Cystoopsis и распо ) .
ложение его перпендикулярно к продольной оси тела в сравнении с сальпами интересно в том отношении, что в последнем случае оно при созревании является лишь временным, и первое полярное тельце выделяется все же при продольном расположении веретена; у Cystoopsis же, наоборот, оно постоянно. Кроме того, временное поперечное положение веретена при созревании яиц сальп можно поставить в связь с продольным (меридиональным) делением яиц при дроблении;
что касается Cystoopsis, то таковой связи здесь нет, так как и первая, и вторая плоскости дробления проходят перпендикулярно продольной оси тела .
2-я п о л о в и н а к а р и о к и н е з а (метафаза, анафаза, телофаза) .
Как видно из сделанного описания, редукция производит в яйце Cystoopsis существенные изменения, которые касаются не только уменьше ния вдвое числа хромозом, но и исчезновения центриоль. Эги осо бенности передаются и следующей за редукцией второй половине ка риокинеза, обыкновенно рассматриваемой как особое эквационное деление.*3 ') 3 а л е в с к и й, В. В. Созревание и оплодотворение яйца S a l p a m a x i m аа f г i с а п а—Изв. Ак. Наук. № 3—1916 .
3I M a в р о д и а д и, II. А,— „Косое“ деление у инфузорий. Труды Белор. Госуд .
Уннв., № 4-5, 1923 .
— — После окончания редукции, ядро яйцевой клетки не переходит в состояние покоя, но тотчас же приступает к делению. Исчезнувшее на короткое время веретено появляется снова, при чем в нем также отсутствуют центриоли, и оно также занимает поперечное положение, вполне походя таким образом на редукционное веретено, с тем лишь отличием, что оно отодвигается к противоположной от 1-го полярного тельца стенке яйца. Повидимому, ста дия метафазы здесь коротка, и хромозомы тотчас же делятся (рис. 14 а), после чего дочерние части начинают расходится в противоположные сторо ны (рис. 14в), что, наконец, завершается выделением 2-го полярного тельца пу тем обособления небольшого участка протоплазмы вокруг группы хромозом, достигнувших поверхности яйца (рис. 14 с). После этого яйцевое ядро переходит в состояние покоя сначала путем появления вокруг хромозом тон кой оболочки, а затем исчезновения Рис. 14. 2-ая половина кариокинеза при созревании яиц Cvstoopsis хромозом на появляющемся лининовом Увел. 1000 ' остове .
В сравнении с сперматогенезом созревание яйца Cystoopsis не дает нам явственных доказательств в пользу отрицания двух делений созревания и рассматривания всего процесса в виде одного карио кинеза, между профазой и метафазой которого вклинена редукция .
Наоборот протекание этого процесса в яйцевых клетках таково, что допускает возможность обоих толкований; кроме того, весь ход про цесса здесь лишен и общей демонстративности вследствие усложне ния его частым отсутствием одной пары хромозом .
Как бы там ни было, несмотря на всю сбивчивость этого приме ра, нас должно удовлетворить и то обстоятельство, что он не только не опровергает высказываемого в настоящей статье взгляда на созре вание, а, наоборот, дает полную возможность применить его к себе .
Вместе же с таким применением, как это было уже указано в первой главе, становится понятным и наличие так называемого эквационного деления (2-го деления созревания),и отсутствие покоя ядра после ре дукции .
Всему вопросу, однако, можно дать и другую постановку. Cnepматогеноз у Cystoopsis протекает слишком определенно, чтоб можно было дать ему иное толкование, чем то, которое я ему даю. Как это было уже указано, различение здесь двух делений созревания было бы прямой натяжкой, явно несогласной с фактами. При таких обстоя тельствах нельзя, конечно, допустить, что у двух полов одного и то го же организма созревание будет протекать двумя способами, ко ренным образом отличающимися между собою. В таком случае, в созревании яйца мы должны искать проявления тех же принципов, которые наглядно выражены в сперматогенезе, и, как оказывается, это вполне возможно .
Новое подтверждение таким выводам мы получаем в изучении оплодотворения, которое должно протекать аналогичным образом, представляя собой кариокинез с вклиненным в него соединением мужских и женских хромозом .
— —
кинезу, к его метафазе; однако у Cystoopsis'a он не различим. Может быть, наблюдавшиеся мною более поздние стадии его представляют собой в действительности лишь сближение хромозом в женских заро дышах при оплодотворении, в роде того, как это изображено на рис .
16 с. у мужского зародыша. Трудно сказать. Во всяком случае за не избежной метафазой, у Cystoopsis'a далее нормально следует анафаза (рис. 17 а) и телофаза (рис. 17 с), переводящие ядра в состояние покоя .
Характерно то, что на поздних стадиях анафазы мною несколько раз было найдено полное число хромозом—то в обеих их группах, то лишь только в одной (рис. 17 Ь) .
После окончания деления, образуется первая борозда дробления, делящая яйцо на две неравных части. Несколько позднее делится больший бластомер. Как и у других об'ектов момент о 'лодотворения является моментом начала жизни нового организма .
Подводя итоги сделанному описанию, мы видим, что исследова ние дало мне ответы на оба поставленные мною вопроса .
Во всем ходе процессов созревания и оплодотворения у Cystoopsis я получил новые подтверждения своему взгляду на эти явления, как на кариокинезы, в середину которых вклинено раз‘единение однознач ных хромозом (редукция) или соединение их (оплодотворение). В этом отношении редукция у самца проходит весьма демонстративно, у самки же она без труда может быть подведена под общую схему. Что касается оплодотворения, то и оно проходит типично для всей схемы, при чем процесс соединения хромозом выражен резче, чем в других случаях, так как он завершается слиянием этих элементов .
В этом своеобразном слиянии хромозом заключается ответ и на второй поставленный вопрос. Благодаря этому слиянию нормальное число хромозом в развивающихся бластомерах равняется трем, и только в виде исключения, когда слияние между теми или другими хромозомами не происходит, мы имеем дело с большим их числом .