Дробление зиготы и бластула: типы дробления, бластоциста млекопитающих

В 1891 году молодой немецкий зоолог Ханс Дриш работал на морской биологической станции на берегу Адриатики. Он взял зародышей морского ежа на стадии двух клеток и стал энергично встряхивать их в пробирке с морской водой, пока клетки не разъединились. Дриш ожидал, что каждая половинка даст половину личинки — так тремя годами раньше предсказал его соотечественник Вильгельм Ру по опытам на лягушке. Но из каждой клетки развилась целая, только маленькая личинка. Дриш был так поражён, что со временем оставил экспериментальную биологию и занялся философией: ему казалось, что такую способность «восстанавливать целое» невозможно объяснить законами физики и химии. Сейчас мы знаем, что объяснение есть, и начинается оно с того, как устроено дробление — первые деления зиготы.

Это восьмая статья серии о размножении и индивидуальном развитии организмов (начало — «Одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы»). Предыдущая статья была об оплодотворении («Оплодотворение»); здесь — что происходит с зиготой дальше: как она дробится, почему дробление у разных животных выглядит так непохоже, как образуется бластула и чем особенно раннее развитие млекопитающих.

• 1. Онтогенез и его периоды
• 2. Что такое дробление
• 3. Морула и бластула
• 4. Типы дробления
• 5. Радиальное и спиральное дробление
• 6. Можно ли из одного бластомера получить целый организм
• 7. Дробление у млекопитающих
• 8. Что управляет дроблением
• 9. Стволовые клетки из бластоцисты
• 10. Итог: что важно знать
• 11. Частые ошибки
• 12. Интересные факты
• 13. Частые вопросы
• 14. ЕГЭ
• 15. Для олимпиад
• 16. Задания с разбором
• Литература

1. Онтогенез и его периоды

Онтогенезом называют индивидуальное развитие организма — от образования зиготы (или другого зачатка, например почки при бесполом размножении) до смерти. У животных онтогенез делят на два периода. Эмбриональный период длится от образования зиготы до выхода зародыша из яйцевых оболочек или до рождения. Постэмбриональный — от рождения или выхода из яйца до смерти.

Зародыш может развиваться в воде, как икра рыб и земноводных, в яйце с запасом питательных веществ на суше, как у пресмыкающихся и птиц, или в теле матери, как у плацентарных млекопитающих. Условия развития сильно влияют на внешний вид стадий, но их последовательность у всех хордовых сходна. Классические объекты для изучения эмбриогенеза — ланцетник и лягушка: у ланцетника все стадии устроены особенно просто, а икринки лягушки крупные, их легко получить и наблюдать.

Каждая стадия подготавливает следующую. Без дробления не возникнет бластула — многоклеточный зародыш; без бластулы невозможна гаструляция, при которой клетки перемещаются и образуют слои; нервная трубка и хорда закладываются только на трёхслойном зародыше. В этой статье подробно разобраны первые две стадии — дробление и бластула; гаструляции, нейруляции и органогенезу посвящена следующая статья серии — «Гаструляция, зародышевые листки и органогенез».

2. Что такое дробление

После оплодотворения зигота начинает делиться, но эти деления совсем не похожи на обычное размножение клеток в теле. Дроблением называют ряд быстро следующих друг за другом митотических делений зиготы без роста образующихся клеток — бластомеров. Название отражает суть: огромная яйцеклетка буквально «дробится» на всё более мелкие части, а размер зародыша почти не меняется.

Почему клетки при дроблении не растут? Всё необходимое для первых делений — запасы РНК, белков, питательных веществ, даже готовые «детали» для сборки новых ядер и мембран — накоплено в яйцеклетке во время оогенеза. Клеткам не нужно тратить время на синтез и рост, поэтому интерфазы сильно укорочены: периоды G1 и G2 почти исчезают, и клетка поочерёдно то удваивает ДНК (период S), то делится.

Скорость дробления поражает. У шпорцевой лягушки, любимого объекта эмбриологов, первое деление происходит примерно через полтора часа после оплодотворения, а затем клетки делятся каждые полчаса, синхронно, двенадцать раз подряд. За шесть-семь часов из одной клетки получается около четырёх тысяч. У плодовой мушки дрозофилы ядра в первые часы делятся каждые 8–10 минут — быстрее, чем у большинства бактерий. Самые медленные — млекопитающие: у человека бластомеры делятся примерно раз в сутки, и на стадии восьми клеток зародыш оказывается только на третий день.

Набор хромосом и ДНК при дроблении

Бластомеры образуются митозом, поэтому каждый из них, как и зигота, диплоиден — 2n. Перед каждым делением ДНК удваивается: в период S набор становится 2n4c, после деления в каждом бластомере снова 2n2c. Число хромосом не уменьшается, а количество ДНК в каждой клетке колеблется между 2c и 4c, как в любом митотическом цикле. Это частый вопрос линии 27 ЕГЭ.

Поскольку клетки не растут, при каждом делении объём бластомера уменьшается вдвое, а общий объём зародыша остаётся прежним. Если бы все бластомеры делились одновременно и поровну, после k делений их было бы 2^k: после пяти делений — 32, после десяти — 1024. У многих животных так и есть на первых шагах, но затем деления становятся асинхронными, а у млекопитающих они асинхронны с самого начала — и число бластомеров бывает нечётным, например три или пять.

Есть у дробления и ещё один смысл. В огромной яйцеклетке на одно ядро приходится колоссальный объём цитоплазмы. Дробление разбивает эту цитоплазму на порции обычного для клетки размера и постепенно восстанавливает нормальное соотношение объёмов ядра и цитоплазмы. Именно это соотношение, как выяснилось, служит для зародыша «часами», сигнализирующими о конце дробления (подробнее — в разделе о том, что управляет дроблением).

Зачем зародышу дробление

Подведём итог: дробление решает несколько задач сразу. Во-первых, оно превращает одну огромную клетку в многоклеточный зародыш, причём очень быстро — это особенно важно для беззащитной икры в воде. Во-вторых, оно восстанавливает обычное для клеток соотношение объёмов ядра и цитоплазмы. В-третьих, при дроблении вещества, неравномерно распределённые в цитоплазме яйцеклетки, попадают в разные бластомеры, и клетки разных частей зародыша начинают различаться. Наконец, к концу дробления у многих животных включаются собственные гены зародыша, и он переходит от материнской программы развития к своей. Зародыш, прошедший дробление, готов к следующему шагу — гаструляции, при которой клетки впервые начнут массово перемещаться.

Как увидели дробление

Борозды на делящейся икринке лягушки видны даже в лупу, и в 1824 году их описали Жан-Луи Прево и Жан-Батист Дюма — те самые, кто доказал, что для оплодотворения нужны сперматозоиды. Но что это за «бороздки», долго оставалось неясным: клеточной теории ещё не было. В 1840-х–1850-х годах немецкий эмбриолог Роберт Ремак, изучая зародышей лягушки и курицы, показал, что каждый бластомер — клетка с ядром, возникающая делением другой клетки, и что всё тело зародыша строится из потомков зиготы. Эти наблюдения легли в основу знаменитого положения «каждая клетка — от клетки», которое позже прославил Рудольф Вирхов. Так дробление стало одним из главных доказательств того, что клетки не возникают заново из бесструктурного вещества, а только делятся.

Правила, по которым идут борозды

Эмбриологи XIX века заметили, что борозды дробления подчиняются простым правилам. Первое сформулировал Оскар Гертвиг: веретено деления располагается вдоль самой длинной оси той части цитоплазмы, которая свободна от желтка, а борозда проходит перпендикулярно веретену. Поэтому, если сдавить яйцо лягушки между стёклами, борозды меняют направление. Второе правило связывают с именем британского эмбриолога Фрэнсиса Бальфура: скорость деления обратно пропорциональна количеству желтка — чем его больше, тем медленнее идут деления. Отсюда и мелкие быстро делящиеся клетки анимального полюса у лягушки, и неполное дробление у птиц, у которых желтка столько, что делится лишь крошечный участок яйца.

3. Морула и бластула

Через несколько делений зародыш становится похож на ягоду малины или шелковицы — плотный шар бластомеров без полости. Эту стадию называют морулой (от латинского слова «шелковица»). Затем клетки начинают выделять внутрь жидкость и плотно соединяются друг с другом по краям, между ними появляется полость, и зародыш превращается в бластулу — полый шар. Его стенку из одного слоя клеток называют бластодермой, а полость — бластоцелем, или первичной полостью тела.

Бластоцель нужен зародышу. Он отделяет клетки разных частей зародыша друг от друга и не даёт им преждевременно взаимодействовать, а при гаструляции в эту полость клетки перемещаются, образуя новые слои.

Бластула ланцетника и лягушки

У ланцетника желтка в яйце мало, бластомеры почти одинаковы, и бластула — правильный шар с однослойной стенкой одинаковой толщины и центральной полостью. У лягушки всё иначе. Её икринка имеет два полюса: верхний, анимальный, — тёмный, с пигментом и ядром, нижний, вегетативный, — светлый, богатый желтком. Желток тормозит деление, поэтому в вегетативной половине бластомеры крупнее и делятся медленнее. Бластоцель у лягушки смещён к анимальному полюсу, а стенка бластулы снизу толще, чем сверху, хотя по сути остаётся однослойной.

Первые два деления у лягушки идут вдоль оси от анимального полюса к вегетативному (меридионально), и получаются четыре одинаковых бластомера. Третье деление проходит поперёк оси, но не по экватору, а ближе к анимальному полюсу: так образуются четыре мелких верхних бластомера — микромеры — и четыре крупных нижних — макромеры. Эту картину нередко спрашивают на ЕГЭ по рисунку.

Полярность яйцеклетки

Ось «анимальный полюс — вегетативный полюс» возникает ещё в оогенезе, задолго до оплодотворения. Ядро ооцита смещается к анимальному полюсу, там же отделяются полярные тельца, а желток накапливается в вегетативной половине. Пигмент в анимальной половине икринки лягушки, по-видимому, защищает её от ультрафиолета: икра лежит у поверхности воды тёмной стороной вверх. Распределены по яйцу и молекулы, отложенные матерью: у шпорцевой лягушки в вегетативной цитоплазме сосредоточены материнские мРНК, которые после дробления попадут в нижние бластомеры и направят их развитие в энтодерму — будущий эпителий кишки. Поэтому бластомеры разных частей зародыша с самого начала немного различаются по содержимому, хотя по генам одинаковы.

Серый серп

Ещё до первого деления в икринке лягушки происходит важное событие. В первый час-полтора после оплодотворения наружный слой цитоплазмы с пигментом поворачивается относительно внутренней цитоплазмы примерно на 30°. Направление поворота задаёт место проникновения сперматозоида, и на противоположной ему стороне икринки открывается светлая полоса — серый серп. Именно здесь потом начнётся гаструляция, и здесь будет спинная сторона зародыша. Так уже в первые часы определяется, где у будущего головастика будут спина и живот. Если поворот цитоплазмы заблокировать, например облучив икринку ультрафиолетом, развивается зародыш без спинных органов — без нервной трубки и хорды.

4. Типы дробления

Если положить рядом зародышей морского ежа, лягушки, курицы и мухи, трудно поверить, что все они проходят одну и ту же стадию. Главная причина различий — количество и распределение желтка. Желток сам не делится и мешает делению: чем его больше, тем труднее борозде дробления пройти сквозь яйцо. Как связаны тип яйцеклетки и тип дробления, удобно запомнить по таблице.

Полным (голобластическим) дробление называют, если борозды проходят через всё яйцо; неполным (меробластическим) — если дробится только часть яйца, свободная от желтка.

Дробление у птиц

Желток куриного яйца — это одна огромная клетка, и дробится лишь крошечный диск цитоплазмы с ядром на её поверхности — зародышевый диск, светлое пятнышко диаметром около трёх миллиметров, которое видно на желтке. Борозды прорезают диск, но не доходят до желтка, поэтому бластомеры сначала лежат на желтке открытыми снизу. Потом под ними образуется щель — подзародышевая полость, аналог бластоцеля. Дробление у курицы начинается ещё в яйцеводе, пока вокруг яйцеклетки откладываются белок и скорлупа, и к моменту, когда яйцо снесено, в зародышевом диске уже десятки тысяч клеток. Если яйцо остудить, развитие останавливается и может продолжиться лишь при насиживании — поэтому курица может неделю-другую собирать кладку, прежде чем начать её высиживать.

Дробление у насекомых

У дрозофилы и других насекомых желток лежит в центре яйца, а цитоплазма — тонким слоем вокруг него. После оплодотворения делятся только ядра, а клетка не делится: возникает одна огромная клетка с множеством ядер. Примерно после девятого деления ядра выходят к поверхности яйца, ещё несколько раз делятся там, и только после тринадцатого деления, когда на поверхности около шести тысяч ядер, вокруг каждого из них образуется мембрана. Так возникает слой клеток вокруг желтка — бластодерма. Отсутствие перегородок между ядрами на ранних стадиях важно: вещества-сигналы, отложенные матерью в разных концах яйца, свободно расходятся между ядрами и сообщают им, где будет голова, а где брюшко (об этом — в статье «Эмбриональная индукция и закладка плана строения»).

Какие бывают бластулы

Тип дробления определяет и строение бластулы. В отечественных учебниках различают несколько её типов.

Дробление у рыб

У костистых рыб, например у данио-рерио, дробление тоже неполное дискоидальное. Икринка прозрачна, и под микроскопом видно, как на вершине желтка шапочка цитоплазмы делится примерно каждые 15 минут, и через два часа после оплодотворения в ней уже 64 клетки. Позже краевые клетки бластодиска сливаются с желтком, образуя многоядерный слой, который переваривает желток и передаёт питательные вещества зародышу. Именно прозрачность икры сделала данио одним из главных объектов современной эмбриологии: за развитием живого зародыша можно следить клетка за клеткой.

Дробление у разных млекопитающих

Не у всех млекопитающих яйцеклетки бедны желтком. Яйцекладущие — утконос и ехидна — откладывают яйца с крупным желтком и кожистой оболочкой, и дробление у них неполное дискоидальное, как у пресмыкающихся. У сумчатых желтка мало, дробление полное, но бластоциста устроена проще, а детёныш рождается крошечным и дорастает в сумке. И только у плацентарных млекопитающих сложилось то медленное асинхронное дробление с бластоцистой, о котором рассказано ниже. Эта картина отражает эволюцию: предки млекопитающих откладывали яйца с желтком, а запасы желтка исчезли, когда зародыш стал получать питание от матери.

5. Радиальное и спиральное дробление

Полное дробление различается ещё и тем, как располагаются бластомеры относительно друг друга. При радиальном дроблении борозды проходят строго вдоль оси яйца и перпендикулярно ей, и бластомеры верхнего яруса лежат точно над бластомерами нижнего, как этажи многоэтажного дома. Так дробятся яйца иглокожих и хордовых — ланцетника, лягушки. При спиральном дроблении веретёна деления наклонены к оси яйца, и каждый верхний ярус бластомеров оказывается повёрнут относительно нижнего — то по часовой стрелке, то против, поочерёдно. Если посмотреть на такого зародыша сверху, верхние клетки лежат в бороздках между нижними. Спирально дробятся яйца кольчатых червей, моллюсков, многих плоских червей и немертин.

Тип дробления отражает родство. Спирально дробящиеся животные относятся к первичноротым, а радиальное дробление свойственно вторичноротым — иглокожим и хордовым. Впрочем, есть и исключения: членистоногие — первичноротые, но спирального дробления у них нет. У асцидий дробление двусторонне-симметричное, у млекопитающих — особое, «вращательное»: при втором делении один бластомер делится вдоль оси, а другой — поперёк.

Морской ёж: три яруса клеток

Дробление морского ежа радиальное и полное, но к стадии 16 клеток оно становится неравномерным. Сверху лежат восемь средних клеток — мезомеров, ниже — четыре крупных макромера, а у самого вегетативного полюса — четыре крошечных микромера. Микромеры особенные. Шведский эмбриолог Свен Хёрстадиус в 1930-х годах пересаживал их в разные места зародыша и обнаружил, что микромеры, пересаженные к анимальному полюсу, заставляют соседние клетки образовать вторую кишку. Сами микромеры дают скелет личинки. Так впервые была показана способность небольшой группы клеток при дроблении направлять развитие соседей — предшественник явления, которое позже назвали эмбриональной индукцией (о ней — в статье «Эмбриональная индукция и закладка плана строения»).

Закрученная раковина решается при дроблении

У улиток спиральное дробление определяет направление закручивания раковины. У прудовика большинство особей закручены вправо, но встречаются и «левые». В 1923 году американский генетик Альфред Стёртевант, изучая данные скрещиваний прудовиков, предположил, что направление закручивания определяет не генотип самой улитки, а генотип её матери [1]. Объяснение нашлось в дроблении: мать откладывает в яйцо вещества, которые задают наклон веретён деления на стадии восьми клеток — по часовой стрелке или против. В 2009 году японские исследователи из группы Рэйко Курода стеклянной иглой вручную поворачивали бластомеры на этой стадии в «неправильную» сторону, и из зародышей «правых» улиток вырастали нормальные «левые» улитки [2]. Наследование признака по генотипу матери называют материнским эффектом (подробнее — в статье «Наследование хиральности раковины: материнский эффект»).

6. Можно ли из одного бластомера получить целый организм

Опыт Дриша, с которого начиналась статья, имел предысторию. В 1888 году немецкий эмбриолог Вильгельм Ру, основатель экспериментальной эмбриологии, прокалывал раскалённой иглой один из двух бластомеров зародыша лягушки. Убитый бластомер оставался на месте, а живой развивался в половину зародыша — с одной половиной тела. Ру сделал вывод: уже на стадии двух клеток каждая клетка «знает» свою судьбу, а развитие — мозаика из частей, каждую из которых строит своя клетка. Опыт Дриша с морским ежом опроверг этот вывод: разъединённые бластомеры дали целых личинок. Позже выяснилось, что и бластомеры лягушки, если их полностью разделить, могут дать целые зародыши: в опыте Ру мёртвая клетка, оставшаяся рядом, мешала живой «понять», что она одна.

Способность части зародыша восстанавливать целое называют регуляцией. Сейчас различают два типа развития, хотя граница между ними не резкая.

Классический пример мозаичного развития описал в 1905 году американский эмбриолог Эдвин Конклин. В яйцах одного вида асцидий есть жёлтая цитоплазма, которая при дроблении попадает в определённые бластомеры. Конклин проследил, что именно эти клетки дают мышцы хвоста личинки. Если такие бластомеры удалить, мышц у личинки не будет, и остальные клетки потерю не возместят. Позже в жёлтой цитоплазме нашли материнскую мРНК белка, который включает «мышечные» гены.

Предел точности мозаичного развития — круглый червь ценорабдитис. Британский биолог Джон Салстон под микроскопом проследил судьбу каждой клетки его зародыша от зиготы до вылупления личинки [3]. Оказалось, что деления и судьба клеток у всех особей строго одинаковы: всегда одни и те же клетки дают глотку, кишку, мышцы, нервы, и одни и те же клетки в определённый момент погибают. За эту работу Салстон в 2002 году получил Нобелевскую премию вместе с Сиднеем Бреннером и Робертом Хорвицем.

У млекопитающих — регуляция

Зародыш млекопитающих — образец регуляционного развития. В 1959 году польский эмбриолог Анджей Тарковский разрушал один бластомер у двухклеточных зародышей мыши и пересаживал их в матку приёмной самки [4]. Из оставшегося бластомера нередко развивались нормальные, способные размножаться мыши. Эта способность объясняет рождение однояйцевых близнецов и броненосцев-четверняшек. Она же позволяет без вреда для зародыша взять из него одну-две клетки на анализ. В 1990 году британские врачи впервые таким способом определили пол зародышей у пар, в которых передавалась тяжёлая болезнь, сцепленная с X-хромосомой, и перенесли в матку только здоровых зародышей женского пола [5]. Сейчас такую предимплантационную диагностику проводят, как правило, на бластоцисте, беря несколько клеток трофобласта.

Клетку, из которой может развиться целый организм вместе со всеми внезародышевыми частями, называют тотипотентной. Тотипотентны зигота и бластомеры первых делений; у мыши — примерно до стадии четырёх-восьми клеток. Позже клетки сохраняют способность давать любые ткани тела, но уже не трофобласт — их называют плюрипотентными.

Химеры: один организм из двух зародышей

Регуляция работает и в обратную сторону: из двух зародышей можно получить один. В 1961 году тот же Анджей Тарковский снимал блестящие оболочки с двух зародышей мыши на стадии восьми клеток и прижимал их друг к другу [6]. Бластомеры слипались в один крупный зародыш, который развивался в одну нормальную мышь. Если один зародыш был от чёрных мышей, а другой — от белых, рождались полосатые мыши: их тело состояло из клеток двух генотипов. Такие организмы называют химерами — по имени мифического чудовища, составленного из частей разных животных. Почти одновременно химер мышей стала получать американский эмбриолог Беатрис Минц.

В 1984 году британские исследователи получили даже межвидовую химеру — объединив зародышей овцы и козы [7]. Животное, которое в английских газетах прозвали geep (от слов goat — коза и sheep — овца), имело участки шерсти, как у овцы, и участки, как у козы. Химеры встречаются и у человека: изредка два разнояйцевых зародыша на ранней стадии сливаются в один, и человек всю жизнь носит в себе клетки двух генотипов, иногда даже не подозревая об этом. Всё это возможно только потому, что клетки раннего зародыша млекопитающих ещё не «знают» своей судьбы и подстраиваются под соседей.

7. Дробление у млекопитающих

Яйцеклетки плацентарных млекопитающих почти лишены желтка: зародыш скоро начнёт получать питание от матери. Дробление поэтому полное, но совсем не похожее на дробление ланцетника. Оно медленное — бластомеры делятся примерно раз в 12–24 часа; асинхронное — клетки делятся не одновременно, и число бластомеров бывает нечётным; и уже на ранних стадиях клетки начинают различаться по судьбе. В это время зародыш медленно продвигается по маточной трубе к матке, всё ещё окружённый блестящей оболочкой.

Сам зародыш двигаться не может. Его продвигают биение ресничек эпителия маточной трубы и волнообразные сокращения её мышечной стенки. Путь от ампулы, где произошло оплодотворение, до полости матки занимает у человека три-четыре дня. Скорость движения регулируют гормоны яичника: прогестерон, который начинает выделять жёлтое тело после овуляции, подготавливает и трубу, и слизистую оболочку матки к приходу зародыша. Зародыш, пришедший в матку слишком рано или слишком поздно, обычно не имплантируется: слизистая оболочка матки готова принять его лишь несколько дней — это называют «окном имплантации».

Уплотнение и бластоциста

На стадии восьми клеток у мыши (у человека — на стадии 8–16 клеток) происходит уплотнение: бластомеры, до этого лежавшие свободно, как шарики в мешке, плотно прижимаются друг к другу, и границы между ними становятся почти незаметны. Наружные клетки соединяются плотными контактами, не пропускающими жидкость, — и это первый шаг к разделению клеток на две группы. Получившаяся морула из 16–32 клеток прибывает в матку, а затем наружные клетки начинают закачивать внутрь жидкость, и образуется полость. Зародыш превращается в бластоцисту — бластулу млекопитающих.

Бластоциста отличается от бластулы ланцетника главным: большая часть её клеток вообще не войдёт в тело будущего организма. Трофобласт — «вспомогательная» ткань, которая прикрепит зародыш к стенке матки и построит плаценту, а собственно зародыш разовьётся из небольшой внутренней группы клеток. В бластоцисте человека на пятые сутки около сотни клеток, и лишь около четверти из них составляют внутреннюю клеточную массу.

Как клетка «узнаёт», стать ей трофобластом или внутренней клеточной массой? Решающее значение имеет положение: клетки, оказавшиеся снаружи, получают одни сигналы от соседей и включают «трофобластные» гены, а клетки внутри — другие. Если в опыте переместить внутреннюю клетку мыши наружу на ранней стадии, она станет трофобластом. Это ещё один пример регуляционного развития.

Выход из оболочки и имплантация

Пока зародыш движется по маточной трубе, его окружает блестящая оболочка. Она не даёт ему прикрепиться к стенке трубы раньше времени. На пятые-шестые сутки бластоциста расширяется, и в оболочке появляется трещина, через которую зародыш «вылупляется». После этого клетки трофобласта прикрепляются к слизистой оболочке матки и врастают в неё, разрушая её клетки ферментами. Внедрение зародыша в стенку матки называют имплантацией; у человека она начинается на 6–7-е сутки после оплодотворения и завершается к концу второй недели.

Иногда зародыш задерживается в маточной трубе и имплантируется в её стенку. Такая внематочная беременность встречается примерно в 1–2 % беременностей. Труба не может растянуться под растущим зародышем, и через несколько недель она разрывается с сильным кровотечением, поэтому внематочную беременность прерывают как можно раньше. Риск выше, если трубы повреждены воспалением: реснички их эпителия хуже продвигают зародыш к матке.

Задержанная имплантация

У некоторых млекопитающих бластоциста может долго «ждать» в матке, не имплантируясь. У барсука, куницы, соболя, медведей, тюленей спаривание происходит летом или осенью, бластоциста образуется сразу, но имплантируется лишь через несколько месяцев. Поэтому беременность соболя длится около девяти месяцев, хотя сам зародыш развивается меньше двух. Детёныши рождаются в самое удобное время года, весной. У кенгуру бластоциста остаётся в покое, пока в сумке у матери сосёт молоко предыдущий детёныш.

8. Что управляет дроблением

Первые деления зародыша идут почти целиком на материнских запасах. Яйцеклетка во время оогенеза накапливает миллионы молекул мРНК, рибосомы, белки, из которых будут собраны веретёна деления и оболочки ядер. Собственные гены зародыша в это время почти «молчат». Это показывает простой опыт: если обработать икру лягушки веществом, подавляющим синтез РНК, дробление идёт нормально до стадии бластулы и останавливается только перед гаструляцией.

У шпорцевой лягушки двенадцать синхронных быстрых делений сменяются резким переломом, который назвали переходом средней бластулы. В 1982 году американские биологи Джон Ньюпорт и Марк Киршнер показали, что в этот момент деления замедляются и становятся асинхронными, у клеток появляются периоды G1 и G2, клетки начинают двигаться, а гены зародыша массово включаются [8]. Что запускает переход? Не число делений и не время, прошедшее после оплодотворения, а соотношение ДНК и цитоплазмы. Когда в яйцеклетку вводили дополнительную ДНК, переход наступал раньше, через меньшее число делений. Видимо, в цитоплазме есть какой-то фактор, который «связывается» с ДНК, и когда ДНК становится достаточно много, его перестаёт хватать.

У млекопитающих гены зародыша включаются гораздо раньше, чем у лягушки: их дробление медленное, и материнских запасов на долгое время не хватает. Сбои на этом этапе — одна из причин, по которым многие зародыши человека при ЭКО останавливаются в развитии на стадии 4–8 клеток. Наблюдая с помощью покадровой съёмки более чем за двумястами зародышами, американские исследователи в 2010 году показали, что по длительности самых первых делений можно с высокой точностью предсказать, дорастёт ли зародыш до бластоцисты [9]. Сейчас такие наблюдения используют в клиниках ЭКО для выбора зародыша.

Как была открыта «пружина» деления клеток

Быстрое дробление помогло понять, как устроен клеточный цикл вообще. Летом 1982 года британский биохимик Тим Хант работал на морской биологической станции в Вудс-Хоуле (США) и следил, какие белки синтезируются в оплодотворённых яйцах морского ежа. Один белок вёл себя странно: его количество росло после оплодотворения, а перед каждым делением дробления он резко исчезал, чтобы потом снова накопиться [10]. Хант назвал его циклином. Оказалось, что циклины вместе с особыми ферментами — циклинзависимыми киназами — запускают деление у всех эукариот, от дрожжей до человека, а их разрушение позволяет клетке закончить митоз. В 2001 году Хант получил за это открытие Нобелевскую премию вместе с Леландом Хартвеллом и Полом Нёрсом. Дробящиеся яйца подошли для такой работы идеально: в них тысячи клеток делятся синхронно, и изменения белков, связанные с делением, видны особенно ясно.

Когда дробление идёт с ошибками

Деления дробления у человека не только медленные, но и не слишком точные. Многие зародыши, полученные при ЭКО, содержат клетки с неправильным числом хромосом: ошибки происходят и при мейозе в яйцеклетке, и при первых митозах зародыша, когда контроль деления у клеток ещё слаб. Если ошибка случилась в одном из бластомеров, зародыш становится мозаиком — часть клеток в нём нормальна, часть нет. Многие такие зародыши, по-видимому, исправляются: в 2016 году британские исследователи на мышах показали, что клетки с неправильным набором хромосом в будущем теле зародыша постепенно погибают путём апоптоза и вытесняются нормальными, а в плаценте могут сохраняться [11]. Поэтому мозаичный зародыш нередко даёт здорового ребёнка. А грубые ошибки дробления, вероятно, одна из главных причин того, что значительная часть зачатий у человека прерывается в первые недели, часто незаметно для женщины.

9. Стволовые клетки из бластоцисты

Клетки внутренней клеточной массы плюрипотентны: из них может развиться любая ткань тела. В 1981 году британские биологи Мартин Эванс и Мэтью Кауфман и независимо от них американка Гейл Мартин научились выращивать эти клетки в лабораторной посуде, где они бесконечно делятся, не теряя плюрипотентности [12] [13]. Мартин и придумала для них название — эмбриональные стволовые клетки. Если такие клетки ввести в бластоцисту другой мыши, они смешиваются с её клетками и участвуют в образовании всех тканей, включая половые клетки, — рождается химера. На этом основан метод получения мышей с выключенными генами, за который Эванс в 2007 году получил Нобелевскую премию вместе с Марио Капекки и Оливером Смитисом.

В 1998 году американский биолог Джеймс Томсон впервые получил эмбриональные стволовые клетки человека из бластоцист, оставшихся после ЭКО [14]. Это вызвало долгие споры: для получения клеток бластоцисту разрушают. В 2006 году японский учёный Синъя Яманака нашёл способ превращать обычные клетки соединительной ткани мыши, а через год и человека, в плюрипотентные, включив в них всего четыре гена, — такие клетки называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками. В 2012 году он получил за это Нобелевскую премию.

Зародыш из стволовых клеток

В 2021 году несколько лабораторий научились собирать из плюрипотентных стволовых клеток человека структуры, похожие на бластоцисту, — их назвали бластоидами. Американские исследователи под руководством Цзюня У показали, что такие структуры содержат клетки, похожие и на трофобласт, и на внутреннюю клеточную массу, и в пробирке начинают прикрепляться к поверхности, как при имплантации [15]. Бластоиды не способны развиться в ребёнка, и переносить их в матку запрещено. Зато они позволяют изучать самые ранние стадии развития человека и причины бесплодия, не используя настоящих зародышей.

Работа с зародышами человека строго ограничена. Во многих странах действует «правило 14 дней», предложенное ещё в 1984 году британской комиссией под руководством философа Мэри Уорнок: зародыш человека можно выращивать в лаборатории не дольше 14 суток. Этот срок выбран не случайно: примерно на 14-е сутки появляется первичная полоска — первый признак закладки оси тела, и после этого зародыш уже не может разделиться на близнецов.

Как в клинике оценивают бластоцисту

При ЭКО зародышей обычно выращивают в пробирке пять суток, до стадии бластоцисты, и только потом переносят в матку. Эмбриолог оценивает под микроскопом три признака: насколько велика полость и не начался ли выход из блестящей оболочки, сколько клеток во внутренней клеточной массе и насколько они плотно собраны, много ли клеток в трофобласте и ровный ли этот слой. Бластоцисты с крупной плотной внутренней клеточной массой и ровным трофобластом чаще приживаются. Зародыши, остановившиеся на стадии дробления, не переносят: обычно это признак грубых нарушений.

10. Итог: что важно знать

1. Онтогенез делят на эмбриональный и постэмбриональный периоды; эмбриогенез включает стадии зиготы, дробления, бластулы, гаструлы, нейрулы и органогенеза.
2. Дробление — быстрые митотические деления зиготы без роста клеток; бластомеры диплоидны (2n), мельчают, объём зародыша не меняется; работают в основном материнские запасы мРНК и белков.
3. Морула — плотный шар бластомеров; бластула — однослойный пузырёк с полостью (бластоцелем); стенку бластулы называют бластодермой.
4. Тип дробления зависит от количества и распределения желтка: полное равномерное (ланцетник), полное неравномерное (лягушка), неполное дискоидальное (птицы, рыбы), поверхностное (насекомые).
5. По расположению бластомеров дробление бывает радиальным (иглокожие, хордовые) и спиральным (моллюски, кольчатые черви).
6. У млекопитающих дробление медленное и асинхронное; образуется бластоциста из трофобласта и внутренней клеточной массы; у человека имплантация начинается на 6–7-е сутки.

11. Частые ошибки

• «При дроблении клетки делятся мейозом». Дробление — митотические деления; все бластомеры диплоидны.
• «При дроблении зародыш растёт». Объём зародыша практически не меняется: клетки не растут, а только делятся, и бластомеры становятся всё мельче.
• «Бластула — двухслойный зародыш». Бластула однослойная; двухслойной становится гаструла.
• «Бластоцель — полость первичной кишки». Бластоцель — полость бластулы (первичная полость тела); полость первичной кишки — гастроцель, она возникает при гаструляции.
• «Морула и бластула — одно и то же». Морула — плотный шар клеток без полости, бластула — полый шар.
• «У птиц дробится весь желток». Желток не дробится; дробится только зародышевый диск цитоплазмы на анимальном полюсе.
• «У лягушки дробление полное равномерное». У лягушки дробление полное неравномерное: желток смещён к вегетативному полюсу, и там бластомеры крупнее.
• «Из всей бластоцисты развивается зародыш». Зародыш развивается из внутренней клеточной массы, а трофобласт даёт хорион и зародышевую часть плаценты.
• «Имплантация происходит в маточной трубе». В норме — в стенку матки; имплантация в трубе — это патология, внематочная беременность.
• «Бластомеры одного зародыша совершенно одинаковы». По генам — да, но по содержимому цитоплазмы бластомеры разных частей зародыша различаются: в них попадают разные материнские мРНК и белки, и это влияет на их судьбу.
• «Тип дробления зависит от того, к какому классу относится животное». Тип дробления определяется количеством и распределением желтка; поэтому, например, у утконоса дробление дискоидальное, как у птиц, а у плацентарных млекопитающих — полное.
• «Химера — то же, что гибрид». У гибрида каждая клетка содержит гены обоих родителей; химера состоит из клеток двух разных генотипов, происходящих от двух зародышей.
• «При дроблении ДНК не удваивается». Перед каждым делением дробления ДНК реплицируется, иначе бластомеры не получили бы полный набор; укорачиваются только периоды G1 и G2.

12. Интересные факты

• Яйцеклетка шпорцевой лягушки диаметром около 1,2 мм за первые сутки развития превращается в зародыш из десятков тысяч клеток, а её объём при этом не увеличивается.
• У дрозофилы первые тринадцать делений ядер проходят без образования клеточных перегородок — несколько часов зародыш представляет собой одну клетку с тысячами ядер.
• Беременность соболя длится около девяти месяцев, но бо́льшую часть этого срока бластоциста «спит» в матке, не имплантируясь.
• Девятипоясный броненосец всегда рождает четырёх однояйцевых детёнышей: его зародыш на ранней стадии делится на четыре.
• У круглого червя ценорабдитиса судьба каждой из клеток зародыша известна и одинакова у всех особей — это первый организм, для которого составлено полное «генеалогическое древо» клеток.
• Циклины — белки, управляющие делением всех эукариотических клеток, — открыли в дробящихся яйцах морского ежа: их количество скачет вверх и вниз с каждым делением дробления.
• У данио-рерио первые деления дробления повторяются каждые 15 минут, и за развитием прозрачного зародыша можно следить, буквально видя каждую клетку.
• По «правилу 14 дней» зародыш человека нельзя выращивать в лаборатории дольше двух недель: после этого срока он уже не может разделиться на близнецов.
• Если объединить два зародыша мыши на стадии восьми клеток — от чёрной и от белой линии, — родится одна полосатая мышь-химера, а из зародышей овцы и козы однажды получили химеру с участками овечьей и козьей шерсти.
• Яйцеклетка морского ежа диаметром около 0,1 мм за сутки превращается в плавающую бластулу примерно из тысячи клеток, покрытую ресничками.
• Вильгельм Ру, основатель экспериментальной эмбриологии, называл свою науку «механикой развития» и в 1894 году основал первый журнал этой науки; он выходит до сих пор, хотя и под другим названием.
• Направление завитка раковины у прудовика определяется наклоном веретён деления на стадии восьми клеток и зависит не от генотипа улитки, а от генотипа её матери.
• Если зародыш курицы на стадии бластодермы разрезать на несколько частей, из каждой может начать развиваться отдельный зародыш: ранний зародыш птицы тоже способен к регуляции.

13. Частые вопросы

14. ЕГЭ

Дробление и бластула входят в элемент 3.1 кодификатора [16]: «Индивидуальное развитие организмов (онтогенез). Стадии эмбриогенеза животных (на примере лягушки). Дробление. Типы дробления. Особенности дробления у млекопитающих». В части 1 спрашивают последовательность стадий эмбриогенеза, признаки дробления, строение бластулы, работают с рисунками стадий. В части 2 встречаются вопросы по рисунку стадий лягушки и ланцетника, задачи линии 27 на число хромосом и молекул ДНК в бластомерах, вопросы о бластоцисте и имплантации.

Что обязательно знать к экзамену

• Стадии эмбриогенеза по порядку: зигота → дробление (морула) → бластула → гаструла → нейрула → органогенез.
• Особенности дробления: митоз, нет роста клеток, укороченная интерфаза, диплоидные бластомеры, объём зародыша не меняется.
• Строение бластулы: бластодерма, бластоцель; отличия бластулы лягушки и ланцетника.
• Связь типа дробления с количеством желтка.
• Бластоциста: трофобласт, внутренняя клеточная масса, имплантация.

Разбор задачи линии 27

Задача. Соматические клетки лягушки содержат 26 хромосом. Определите число хромосом и молекул ДНК в зиготе перед первым делением дробления, в бластомере в метафазе и в бластомере сразу после деления. Объясните результаты.

Ответ. 1) Зигота перед делением: 26 хромосом, 52 молекулы ДНК (2n4c) — в периоде S интерфазы ДНК удвоилась, каждая хромосома состоит из двух хроматид. 2) Бластомер в метафазе: 26 хромосом, 52 молекулы ДНК (2n4c) — хромосомы двухроматидные, выстроены на экваторе. 3) Бластомер после деления: 26 хромосом, 26 молекул ДНК (2n2c) — в анафазе хроматиды разошлись к полюсам, и каждая клетка получила однохроматидные хромосомы. 4) Дробление идёт митозом, поэтому число хромосом в бластомерах не меняется и равно числу хромосом зиготы.

Ещё одна задача на дробление

Задача. В клетках курицы 78 хромосом. Определите число хромосом и молекул ДНК в бластомере зародышевого диска перед репликацией ДНК, в конце интерфазы и в анафазе. Почему в анафазе хромосом больше, чем в соматической клетке? Объясните.

Ответ. 1) Перед репликацией: 78 хромосом, 78 молекул ДНК (2n2c). 2) В конце интерфазы (после периода S): 78 хромосом, 156 молекул ДНК (2n4c) — каждая хромосома из двух хроматид. 3) В анафазе: 156 хромосом, 156 молекул ДНК (4n4c) — сестринские хроматиды разошлись и стали самостоятельными хромосомами, но клетка ещё не разделилась. 4) После деления каждый бластомер получит по 78 хромосом — дробление идёт митозом.

Обратите внимание: при подсчёте в анафазе считают хромосомы во всей клетке, поэтому их число вдвое больше диплоидного. Это одна из самых частых ошибок в ответах на задания линии 27.

Разбор вопроса по рисунку

Вопрос. На рисунке — стадии развития икринки лягушки: зигота, два бластомера, восемь бластомеров (четыре мелких вверху, четыре крупных внизу), морула и бластула в разрезе. Почему верхние бластомеры мельче нижних? Как называется полость бластулы и где она расположена?

Ответ. 1) В нижней, вегетативной части икринки сосредоточен желток, который тормозит деление; третья борозда проходит ближе к анимальному полюсу, поэтому верхние бластомеры (микромеры) мельче нижних (макромеров). 2) Полость бластулы — бластоцель (первичная полость тела); у лягушки она смещена к анимальному полюсу.

Связь с другими темами

Дробление связано с клеточным циклом и митозом (статья «Митоз»), с типами яйцеклеток (статья «Гаметогенез»), с систематикой (первичноротые и вторичноротые), с генетикой (материнский эффект), с медициной (ЭКО, стволовые клетки, внематочная беременность). Следующая стадия — гаструляция — разобрана в следующей статье серии, «Гаструляция, зародышевые листки и органогенез».

15. Для олимпиад

Наследование закрученности раковины

У прудовика правое закручивание раковины (D) доминирует над левым (d), но признак наследуется по типу материнского эффекта. Самку dd скрестили с самцом DD. Каким будет направление закручивания у потомков F1? Потомков F1 размножили самооплодотворением (прудовики — гермафродиты). Каким будет F2 и каким — потомство отдельных особей F2? Ответ: F1 имеют генотип Dd, но все закручены влево, так как мать — dd: направление определяют вещества, отложенные в яйцо матерью. F2 (DD, Dd, dd в отношении 1 : 2 : 1) все закручены вправо, потому что их «мать» — особь F1 Dd. Потомство особей F2 DD и Dd будет правым, а потомство особей dd — левым, то есть расщепление 3 : 1 по направлению закручивания проявится только в F3.

Опыт Ру и опыт Дриша

Ру убивал раскалённой иглой один бластомер двухклеточного зародыша лягушки и получал половинного зародыша. Дриш разделял бластомеры двухклеточного зародыша морского ежа и получал две целые личинки. Объясните, почему результаты различались, и предложите опыт, который позволил бы проверить ваше объяснение на лягушке. Ответ: в опыте Ру мёртвый бластомер не отделялся и оставался рядом с живым; живая клетка «вела себя» так, как будто соседняя продолжает развиваться, — строила свою половину. В опыте Дриша клетки были разъединены полностью, и каждая регулировала развитие как целое. Проверка: полностью разделить бластомеры лягушки (например, удалить мёртвый бластомер после укола или разделить их волосяной петлёй). Если из одного бластомера разовьётся целый зародыш, объяснение верно; так и происходит, если плоскость первого деления разделила серый серп пополам.

Опыты Хёрстадиуса с микромерами

У морского ежа на стадии 16 клеток четыре микромера находятся у вегетативного полюса. Если удалить микромеры, личинка развивается без скелета, но через некоторое время скелет всё-таки появляется. Если пересадить микромеры к анимальному полюсу другого зародыша, на этом месте образуется вторая кишка. Объясните результаты. Ответ: 1) микромеры в норме дают клетки, строящие скелет; при их удалении часть других клеток (мезодермы) меняет судьбу и берёт на себя образование скелета — проявление регуляции. 2) Микромеры выделяют сигналы, которые заставляют соседние клетки становиться энтодермой и мезодермой; пересаженные к анимальному полюсу, они «индуцируют» у соседних клеток образование кишки. 3) Значит, судьба клеток при дроблении определяется и материнскими веществами цитоплазмы (микромеры получают их при делении), и взаимодействием с соседями.

Правило Гертвига

Оплодотворённое яйцо лягушки сдавили между двумя стёклами, так что оно стало плоским, и наблюдали за дроблением. Как пойдут борозды первых делений? Почему? Ответ: по правилу Гертвига веретено деления ложится вдоль самой длинной оси свободной от желтка цитоплазмы, а борозда проходит перпендикулярно веретену. В сплющенном яйце длинные оси лежат в плоскости стёкол, поэтому веретёна располагаются горизонтально, а все первые борозды становятся вертикальными, перпендикулярными стёклам; бластомеры ложатся в один слой, как плитки.

Мышь-химера

Два зародыша мыши на стадии восьми клеток — один от линии с чёрной шерстью (генотип по гену окраски BB), другой от белой линии (bb) — объединили в один и пересадили в матку. Родилась мышь с чередующимися полосами чёрной и белой шерсти. 1) Какие генотипы у клеток этой мыши? 2) Каким будет потомство, если эту мышь скрестить с белой мышью bb, при условии что её половые клетки происходят из обоих зародышей? 3) Почему у мыши-химеры не образуется «гибридной» серой шерсти? Ответ: 1) В теле химеры два типа клеток: BB и bb; каждая клетка сохраняет генотип своего зародыша. 2) Гаметы химеры будут двух типов — B (от клеток BB) и b (от клеток bb); при скрещивании с bb родятся чёрные мыши Bb и белые bb, причём соотношение зависит от того, какая доля половых клеток произошла от каждого зародыша. 3) Клетки не сливаются и не обмениваются генами: каждая клетка, образующая пигмент, работает по своему генотипу, поэтому окраска мозаичная, а полосы отражают пути, по которым потомки клеток расселялись в коже.

Сколько бластомеров

Зародыш делится синхронно, каждое деление удваивает число клеток. Сколько делений нужно, чтобы получить 4096 клеток? Во сколько раз объём одного бластомера меньше объёма зиготы? Ответ: 4096 = 2¹², нужно 12 делений; объём бластомера в 4096 раз меньше объёма зиготы, так как клетки не растут, а общий объём зародыша не меняется.

16. Задания с разбором

Задание 1

Установите последовательность стадий эмбрионального развития ланцетника: А) гаструла; Б) бластула; В) зигота; Г) нейрула; Д) морула.

Задание 2

Выберите три верных ответа. Для дробления характерно: 1) деление клеток мейозом; 2) отсутствие роста бластомеров; 3) укорочение интерфазы; 4) увеличение объёма зародыша; 5) диплоидный набор хромосом бластомеров; 6) образование трёх зародышевых листков.

Задание 3

Установите соответствие между животными и типами дробления. Животные: А) ланцетник; Б) курица; В) лягушка; Г) дрозофила; Д) ящерица; Е) морской ёж. Типы: 1) полное равномерное; 2) полное неравномерное; 3) неполное дискоидальное; 4) поверхностное.

Задание 4

Найдите ошибки в тексте. (1) Дробление — ряд митотических делений зиготы. (2) При дроблении бластомеры растут и объём зародыша увеличивается. (3) В результате дробления образуется бластула. (4) Бластула — двухслойный зародыш. (5) Полость бластулы называют бластоцелем.

Задание 5

Почему тип дробления зависит от количества желтка в яйцеклетке?

Задание 6

Выберите три верных ответа. Бластоциста млекопитающих: 1) состоит из трофобласта и внутренней клеточной массы; 2) образуется в результате гаструляции; 3) имплантируется в стенку матки; 4) содержит полость; 5) состоит из трёх зародышевых листков; 6) образуется в яичнике.

Задание 7

Соматические клетки быка содержат 60 хромосом. Сколько хромосом и молекул ДНК в бластомере в профазе и в каждом бластомере после деления? Объясните.

Задание 8

Установите соответствие между признаками и структурами. Признаки: А) плотный шар клеток; Б) имеет полость; В) стенка — бластодерма; Г) образуется раньше; Д) у лягушки полость смещена к анимальному полюсу. Структуры: 1) морула; 2) бластула.

Задание 9

Почему бластомеры в вегетативной части зародыша лягушки крупнее, чем в анимальной?

Задание 10

Выберите три верных ответа. Трофобласт: 1) наружный слой бластоцисты; 2) даёт начало зародышу; 3) участвует в образовании плаценты; 4) обеспечивает имплантацию; 5) образуется при гаструляции; 6) источник эмбриональных стволовых клеток.

Задание 11

Установите соответствие между организмами и типами дробления по расположению бластомеров. Организмы: А) морской ёж; Б) виноградная улитка; В) ланцетник; Г) дождевой червь; Д) лягушка. Типы: 1) радиальное; 2) спиральное.

Задание 12

Зигота делилась синхронно 6 раз. Сколько бластомеров образовалось и каков набор хромосом каждого? Как изменился объём зародыша?

Задание 13

Чем дробление у плацентарных млекопитающих отличается от дробления ланцетника? Приведите не менее трёх отличий.

Задание 14

Выберите три верных ответа. У курицы: 1) дробление неполное дискоидальное; 2) дробится весь желток; 3) дробление начинается в яйцеводе; 4) яйцеклетка бедна желтком; 5) дробится зародышевый диск; 6) дробление поверхностное.

Задание 15

Установите последовательность событий раннего развития человека: А) имплантация; Б) образование бластоцисты; В) образование зиготы; Г) уплотнение морулы; Д) выход бластоцисты из блестящей оболочки.

Задание 16

Почему из одного бластомера двухклеточного зародыша мыши может развиться нормальная мышь, а из одного бластомера двухклеточного зародыша асцидии — нет?

Задание 17

Выберите три верных ответа. Внутренняя клеточная масса бластоцисты: 1) даёт начало зародышу; 2) состоит из плюрипотентных клеток; 3) прикрепляет зародыш к стенке матки; 4) источник эмбриональных стволовых клеток; 5) образует хорион; 6) наружный слой бластоцисты.

Задание 18

Объясните, почему первые деления дробления не нарушаются, если подавить синтез РНК в зародыше лягушки, а гаструляция становится невозможной.

Задание 19 (олимпиадное)

У шпорцевой лягушки переход средней бластулы наступает после 12 синхронных делений, когда в зародыше 4096 ядер. В яйцеклетку до начала дробления ввели ДНК в количестве, равном ДНК примерно 2000 ядер. 1) После какого деления наступит переход? 2) Какой вывод о механизме, запускающем переход, следует из такого опыта? 3) Почему ускоряет переход и введение чужой ДНК, например бактериальной плазмиды?

Задание 20 (олимпиадное)

Самку прудовика с генотипом Dd (D — правое закручивание, доминант) скрестили с самцом dd. 1) Какое закручивание будет у потомков? 2) Какие генотипы будут у потомков и какое закручивание будет у их потомства? 3) Почему у прудовика генотип самой улитки не определяет её закручивание?

Литература

1. Sturtevant A. H. Inheritance of direction of coiling in Limnaea // Science. 1923. Vol. 58. P. 269–270.
2. Kuroda R., Endo B., Abe M., Shimizu M. Chiral blastomere arrangement dictates zygotic left–right asymmetry pathway in snails // Nature. 2009. Vol. 462. P. 790–794.
3. Sulston J. E., Schierenberg E., White J. G., Thomson J. N. The embryonic cell lineage of the nematode Caenorhabditis elegans // Developmental Biology. 1983. Vol. 100. P. 64–119.
4. Tarkowski A. K. Experiments on the development of isolated blastomeres of mouse eggs // Nature. 1959. Vol. 184. P. 1286–1287.
5. Handyside A. H., Kontogianni E. H., Hardy K., Winston R. M. L. Pregnancies from biopsied human preimplantation embryos sexed by Y-specific DNA amplification // Nature. 1990. Vol. 344. P. 768–770.
6. Tarkowski A. K. Mouse chimaeras developed from fused eggs // Nature. 1961. Vol. 190. P. 857–860.
7. Fehilly C. B., Willadsen S. M., Tucker E. M. Interspecific chimaerism between sheep and goat // Nature. 1984. Vol. 307. P. 634–636.
8. Newport J., Kirschner M. A major developmental transition in early Xenopus embryos: I. Characterization and timing of cellular changes at the midblastula stage // Cell. 1982. Vol. 30. P. 675–686.
9. Wong C. C., Loewke K. E., Bossert N. L. et al. Non-invasive imaging of human embryos before embryonic genome activation predicts development to the blastocyst stage // Nature Biotechnology. 2010. Vol. 28. P. 1115–1121.
10. Evans T., Rosenthal E. T., Youngblom J., Distel D., Hunt T. Cyclin: a protein specified by maternal mRNA in sea urchin eggs that is destroyed at each cleavage division // Cell. 1983. Vol. 33. P. 389–396.
11. Bolton H., Graham S. J. L., Van der Aa N. et al. Mouse model of chromosome mosaicism reveals lineage-specific depletion of aneuploid cells and normal developmental potential // Nature Communications. 2016. Vol. 7. Art. 11165.
12. Evans M. J., Kaufman M. H. Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos // Nature. 1981. Vol. 292. P. 154–156.
13. Martin G. R. Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 1981. Vol. 78. P. 7634–7638.
14. Thomson J. A., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S. S. et al. Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts // Science. 1998. Vol. 282. P. 1145–1147.
15. Yu L., Wei Y., Duan J. et al. Blastocyst-like structures generated from human pluripotent stem cells // Nature. 2021. Vol. 591. P. 620–626.
16. ФИПИ. Кодификатор проверяемых требований к результатам освоения основной образовательной программы и элементов содержания для проведения ЕГЭ по биологии, 2027 г. М.: ФИПИ, 2026.