Стадия дробления завершается образованием многоклеточного зародыша.
В конце дробления восстанавливается ядерно-цитоплазматическое отношение, характерное для соматических клеток. В это же время происходит изменение структуры клеточного цикла, появляются пресинтетическая и постсинтетическая фазы. Вступает в действие механизм, разрешающий деление лишь тем клеткам, масса которых достигает исходного уровня, и, следовательно, восстанавливается компенсаторный рост. В силу этих причин палинтомический цикл сменяется монотомическим.
В определенный момент развития (у позвоночных это точка перехода на стадии бластулы) клетки зародыша приобретают способность к двигательной активности. В жизни развивающегося организма начинается новый этап — этап морфогенетических преобразований, характерной особенностью которого является становление пространственной организации зародыша.
Морфогенез зародыша обусловлен целым рядом скоординированных процессов, в том числе регулируемой пролиферацией, изменениями формы клеток и клеточными перемещениями. Морфогенетические движения обусловлены как перемещениями отдельных клеток (различного рода миграции), так и движением клеток в составе эпителиального пласта (эпителиальные морфогенезы). Одновременно с морфогенетическими событиями может происходить и спецификация клеток, в ходе которой инициируется возникновение разнообразных типов клеток, предназначенных для выполнения различных функций. Важно подчеркнуть, что цитодифференциация и морфогенетические движения имеют самостоятельные генетические системы контроля. Эти процессы вполне автономны, но вместе с тем они в каждом конкретном случае связаны между собой определенными механизмами сопряжения. Благодаря этому достигается высокая степень корреляции различных элементов морфогенеза и клеточной дифференциации.
К концу дробления у разных животных клетки зародыша могут находиться на различных этапах дифференциации. Они могут быть еще полностью тотипотентными, способными, попадая в разные области зародыша и воспринимая разнородные сигналы, формировать различные зачатки. Они могут быть коммитированными к дифференциации в определенном направлении, но тем не менее способными при определенных условиях изменить направление своего развития. Детерминация клеток в этот ранний период развития может быть и достаточно жесткой, иногда необратимой. Практически у всех исследованных животных обнаружены клетки, получающие в процессе дробления цитоплазматические детерминирующие факторы ооцита. По завершении дробления эти клетки в ходе морфогенетических движений занимают строго определенные позиции.
Процесс первоначального морфогенетического преобразования бластулы, в ходе которого возникает пространственное обособление зачатков, дающих при дальнейшем развитии покровы, нервную ткань, пищеварительную систему и — у трехслойных животных мускулатуру и ткани внутренней среды, называется гаструляцией (от греч. — желудок). У двухслойных животных речь идет о двух основных зачатках — наружном и внутреннем. Наружный листок, или эктодерма является источником покровной и нервной ткани. Внутренний листок, или энтодерма (греч. — внутри, в) дает пищеварительную систему. У трехслойных животных кроме этих двух зачатков имеется еще средний листок, или мезодерма (греч. — средний, находящийся в середине), которая образует мускулатуру, соединительную ткань, кровь, целомический эпителий, хрящевой и костный скелеты.
Гаструляция происходит у всех типов многоклеточных животных за исключением губок, у которых нет пищеварительной системы, образованной энтодермой. По завершении гаструляции обычно образуются обособленные в пространстве клеточные территории — зародышевые листки. Впервые зародышевые листки были описаны у позвоночных животных. К. Бэр считал, что зародышевые листки — универсальные структуры, которые возникают на ранних этапах эмбриогенеза всех позвоночных животных. Важным этапом развития учения о зародышевых листках было установление принципа специфичности, согласно которому каждый зародышевый листок у разных животных дает одинаковый круг производных. Позднее А. О. Ковалевский (1871) показал, что формирование зародышевых листков является общим свойством эмбрионального развития многоклеточных животных, включая беспозвоночных. Провозглашая идею единства происхождения многоклеточных, он постулировал гомологию зародышевых листков у представителей всех групп животных.
В соответствии с биогенетическим законом Геккеля утвердилось более чем спорное представление, согласно которому гомология зародышевых листков является следствием того, что они рекапитулируют первичные органы примитивных Metazoa. Привнесение «реканитуляционного мотива» в теорию зародышевых листков завело ее в тупик неразрешимых противоречий.
В основе формирования зародышевых листков лежат различные морфогенетические процессы, в том числе иммиграция, или ингрессия, эпиболия, деламинация и инвагинация. Гаструляция путем иммиграции обычна для стрекающих, у которых энтодерма возникает в результате выселения клеток из стенки бластулы внутрь зародыша. Если выселение носит повсеместный характер, говорят о мультиполярной иммиграции, если же оно сосредоточено в одной области зародыша, ее называют униполярной. При гаструляции путем деламинации элементы энтодермы образуются в результате направленного деления клеток бластулы, митотические веретена которых ориентированы перпендикулярно поверхности зародыша. Морулярной деламинацией называют образование энтодермы путем спецификации клеток, занимающих внутреннюю часть морулы. Гаструляция может происходить и вследствие впячивания эпителиальной стенки бластулы, или инвагинации. Если энтодермальный слой образуется в результате обрастания внутренних клеток поверхностными, говорят об эпиболии. У позвоночных при образовании зародышевых листков обычно имеется сложное сочетание разных типов клеточных движений.
Морфогенетические движения, которые обеспечивают гаструляцию, имеют в своей основе различные и вполне устойчивые клеточные, молекулярные и генетические механизмы, которые активируются на стадии поздней бластулы. Но если в основе морфогенетических процессов, связанных г образованием зародышевых листков у различных животных, лежат механизмы, которые контролируются разными генетическими системами, то становится очевидной бесперспективность идеи о том, что образование зародышевых листков у животных повторяет (рекапитулирует) процесс, происходивший у некой предковой формы. Признание в качестве примитивных Metazoa животных типа Фагоцителлы Мечникова является веским аргументом против утверждения рекапитуляционного принципа, как элемента теории зародышевых листков: по своим генетическим и клеточным механизмам инвагинация зародышевых листков не имеет ничего общего с выселением клеток внутренней среды Фагоцителлы.
Представление о зародышевых листках как своего рода рекапитуляции первичных органов примитивных предков вольно или невольно жестко связывает возникновение листков с клеточной дифференциацией. Однако анализ развития животных свидетельствует о том, что первичное предопределение судьбы клеток обычно связано не с гаструляцией. Первичная спецификация клеток зародыша часто происходит уже в период дробления, задолго до образования листков. Мы уже отмечали, что у многих животных имеет место телобластический принцип формирования зачатков. Бластомеры-зачатки описаны у гребневиков, аннелид, моллюсков, круглых червей, коловраток, асцидий и других животных с так называемым детерминативным развитием. Методами молекулярной биологии доказана ранняя спецификация бластомеров у иглокожих и амфибий.
Против представления о процессе формирования зародышевых листков, как своего рода рекапитуляции первичных органов Metazoa, говорит и часто обнаруживаемый сложный состав зародышевых листков. Например, в составе первичной кишки зародыша амфибий обнаруживается материал не только будущей энтодермы, но и клетки-предшественницы мезодермы.
По-видимому, нет и достаточных теоретических оснований для предположения, что спецификация клеток в раннем эмбриогенезе должна быть напрямую связана с морфогенетическими движениями. Наоборот, имеются многочисленные данные, которые свидетельствуют о том, что спецификация клеток представляет собой самостоятельный класс явлений и что она, не будучи жестко связанной с морфогенетическими движениями в раннем эмбриогенезе, может реализоваться как в период дробления, так и после него. Представление о первичной сопряженности формирования зародышевых листков и цитодифференциации ошибочно.
Наличие зародышевых листков в онтогенезе всех многоклеточных животных за исключением губок объясняется отнюдь не тем, что в онтогенезе этих животных происходит рекапитуляция процессов, характерных для некой анцестральной формы. Оно может быть понято с учетом того, что обособление клеток в виде зародышевых листков — важный элемент и универсальный инструмент формообразования. Гаструляция не является каким-то уникальным и высоко специфическим морфогенетическим процессом. Характерные для гаструляции перемещения клеточных пластов или миграции мезенхимы — это частное проявление общих морфогенетических принципов. Перемещения пластов ни в коей мере не зависят от того, являются ли они гетерогенными, содержащими различные презумптивные зачатки, или же однородными, дифференцирующимися в ходе или после завершения гаструляции.
Универсальные механизмы эпителиального формообразования, равно как и механизмы, обеспечивающие миграцию мезенхимы или эпиболию, при которой один слой клеток распространяется по поверхности другого слоя, возникли в эволюции независимо от гаструляции. Разнообразные морфогенетические движения, которые обеспечивают гаструляцию двухслойных и трехслойных животных, существовали уже у губок, хотя у них гаструляция отсутствует. Нельзя не отметить, что у тех стрекающих, у которых гаструляция происходит путем иммиграции или деламинации, эпителиальный морфогенез с его инвагинациями и эвагинациями широко используется при морфогенетических процессах на более продвинутых стадиях онтогенеза (Белоусов, 1987). Существование автономных механизмов эпителиального формообразования, закрепленных в виде особых генетических программ, видимо, и лежит в основе независимого возникновения инвагинации в процессах гаструляции в разных группах Metazoa (Беклемишев, 1964).
Теория зародышевых листков постулировала принцип специфичности, подчеркивающий, что у животных, занимающих различное положение на филогенетическом древе, имеется вполне определенный сходный круг производных эктодермы, мезодермы и энтодермы. Эта закономерность развития зародышевых листков, возможно, служит указанием на существование неких «троп дифференциации», предпочтительных путей последовательного включения генетических программ, контролирующих спецификацию, детерминацию и дифференциацию. Очевидно, что предпочтительные пути тем не менее не единственно возможные, поскольку принцип специфичности листков далеко не абсолютен и широко известны многочисленные исключения из этого правила.