Факультет

Студентам

Посетителям

Развитие функции дыхания птичьих эмбрионов

Первые данные о дыхании эмбриона в яйце были опубликованы еще в 1632 г. Бойлем.

За последующие столетия эта проблема много раз привлекала внимание исследователей, однако, в связи со сложностью методик для решения ряда вопросов многие из них не решены до сих пор.

Наиболее удобно расположить имеющиеся данные о развитии дыхательной функции птичьего, в основном куриного, эмбриона по времени развития различных механизмов дыхания. По схеме, предложенной Брандесом, имеются два типа дыхания куриного эмбриона, причем каждый из них проходит ряд стадий.

1. Молекулярное дыхание кислородом желтка:

а) без гемоглобина — 1-й день;

б) с наличием гемоглобина — со 2-го по 19-й день инкубации (сначала через кровообращение сосудистого поля, а затем желточного мешка).

2. Дыхание атмосферным воздухом, осуществляемое:

а) через аллантоисные сосуды — с 5-го дня до вылупления;

б) через кровеносные сосуды легкого — с 19-го дня.

Автор предполагает, что частичное дыхание легкими начинается с 12-го дня инкубации.

Несколько иная схема развития функции дыхания куриного эмбриона предложена Бакуниной. Автор проводит аналогию между развитием функции дыхания в эмбриогенезе высших животных и эволюцией этой функции у низших животных во взрослом состоянии и устанавливает четыре стадии развития дыхания у куриного эмбриона: 1) дыхание непосредственно в тканях, как у инфузорий; 2) при помощи бесцветной жидкости — аналогично животным с бесгемоглобинной кровью; 3) дыхание с участием гемоглобина, через сосуды желточного мешка, как у холоднокровных животных, и 4) дыхание при помощи аллантоиса, когда гемоглобин становится необходимым для жизни, аналогично теплокровным. В нашем изложении мы будем придерживаться схемы Брандеса, отмечая, когда она окажется неправильной.

О молекулярном дыхании кислородом желтка имеется мало исследований. Более 100 лет тому назад Дульк выяснил, что в желтке к моменту снесения яйца имеется больший процент кислорода, чем в окружающем воздухе, а именно 25.3—26.7%. Автор определил это, помещая свежеснесенное яйцо под воду и анализируя выделяющиеся при этом пузырьки газа. Хассельбальх подтвердил эти данные и заметил, что при повышении температуры яйца выделение кислорода увеличивается в 5 раз. Брандес присоединяется к этому мнению, отмечая, что вначале освобождающийся кислород из клеток превышает потребность в нем эмбриона и часть кислорода выходит из яйца через скорлупу. Этого растворенного в желтке кислорода бывает, по-видимому, достаточно для дыхания эмбриона в течение первых часов развития, пока он еще чрезвычайно мал.

Кроме данных о повышенном содержании кислорода в свежеснесенном яйце, имеются также наблюдения о значительно более высокой концентрации углекислоты в нем. Бор и Хассельбальх, помещая свежеснесенное яйцо в проточный воздух и улавливая углекислоту из него, показали, что скорлупа яйца выделяет CO2. Князева установила, что снесенные в разные месяцы яйца выделяют различное количество углекислоты до закладки их в инкубатор: за 2 часа на 100 г веса в феврале — 3.7 мг СO2, в марте — 4.0 мг, в апреле — 4.4 мг. В первый день после снесения углекислоты выделяется больше, чем в последующие дни. При понижении атмосферного давления и повышении влажности во время хранения яиц выделение СO2 из яиц увеличивается, и наоборот.

Дыхание на ранних стадиях развития куриных эмбрионов исследовал Филипс и показал, что интенсивность дыхания — CO2 (число миллилитров 02, поглощаемых за 1 час 1 мг сухого вещества ткани) — увеличивается в два раза за первые 4 часа инкубации. Подчеркивая этот факт, автор сравнивает его с тем, что эксплантированные неинкубированные бластодермы обычно не способны к росту, а развивавшиеся в инкубаторе в течение 4—5 час. до эксплантации не только растут, но и способны к дифференциации. Следовательно, за 4—5 час. инкубации происходит значительная перестройка энзиматического аппарата. В дальнейшем с 8 до 20 час. инкубации интенсивность дыхания эмбриона не увеличивается, а общее количество потребленного кислорода растет только в связи с увеличением массы дышащей протоплазмы. Нидхем считает, что нормальный эмбриональный рост и морфогенез птиц невозможны в отсутствии кислорода.

Напомним, что эта хорошо развитая кровеносная система до 5-го дня инкубации полностью, а затем частично несет дыхательную функцию. Сергеев указывает, что желточное кровообращение у наиболее продвинутых в эволюционном отношении рептилий (черепах) функционирует в качестве дыхательной системы и на более поздних стадиях развития. Рагозина впервые показала, что при помощи желточного кровообращения используется не только растворенный в желтке и отщепляемый витально кислород, но и кислород атмосферного воздуха. Наблюдая примыкание желточного мешка к скорлупе, автор подчеркивает, что это является приспособлением для облегчения газообмена.

По данным Рагозиной, аллантоис начинает функционировать с конца 7-го дня, а с конца 8-го по 19-й он является единственным органом дыхания. Данные автора о желточном и аллантоисном кровообращении несколько исправляют схему дыхания, предложенную Брандесом.

Аллантоисное дыхание атмосферным воздухом происходит через скорлупу и две подскорлупные оболочки. Газы проходят через подскорлупные оболочки диффузно, а сквозь скорлупу — через поры. У птиц с более толстой скорлупой подскорлупные оболочки обычно более тонкие, и наоборот.

Впервые гистологию скорлупы изучил Рицо и нашел, что куриное яйцо имеет среднюю поверхность 6644 мм2, на которой расположено около 7600 пор, т. е. 1.23 поры на 1 мм2. Скорлупа яйца должна быть достаточно проницаемой для газов, чтобы обеспечить нормальный газообмен (кислорода и углекислоты) между эмбрионом и окружающей атмосферой и в то же время не слишком проницаемой для другого газа — водяного пара, чтобы сохранить необходимую для построения эмбриональных тканей воду. Это противоречие в самом способе размножения птиц замечено Ридлем и является, по предположению автора, причиной повышения смертности эмбрионов в определенные периоды эмбрионального развития. Автор назвал этот феномен «парадоксом скорлупы».

Проницаемость скорлупы и подскорлупных оболочек для газов имеет большое значение для осуществления дыхания эмбриона атмосферным кислородом. Хюфнер показал, что для разных газов проницаемость скорлупы различна: быстрее всего через скорлупу проходит водород, затем углекислота, азот и медленнее всего — кислород. Автор обнаружил также, что скорлупа гусиного яйца лучше пропускает газы, чем скорлупа куриного. По данным Романова, проницаемость скорлупы для газов изнутри наружу больше, чем снаружи внутрь, и проницаемость влажной скорлупы равна только 8% проницаемости специально высушенной. В среднем проницаемость скорлупы в тупом конце яйца на 28% выше, чем в остром (14.52 мл на 1 см2 в минуту и 10.46 мл соответственно). Наблюдаются большие индивидуальные вариации проницаемости скорлупы. Интересны данные автора о проницаемости скорлупы яиц разных видов птиц. Оказывается, что скорлупа мелких яиц менее проницаема, чем крупных, и автор замечает, что это биологически оправдано, так как у крупных яиц площадь скорлупы по отношению к объему яйца меньше, чем у мелких. Автор наблюдал увеличение газопроницаемости скорлупы в течение инкубации на 26.9% в тупом конце яйца и на 8.6% в остром. По данным же Ромейна, проницаемость скорлупы для кислорода увеличивается в течение инкубации в 7000 раз, а для углекислоты — в 565 раз. Чем обусловлено такое расхождение в величинах, мы затрудняемся объяснить. Увеличение проницаемости скорлупы в течение инкубации связано с растворением части кальциевых солей скорлупы углекислотой, а ее органической основы — протеолитическими ферментами. Воздушная камера в течение инкубации увеличивается вследствие испарения воды из яйца.

Под воздушной камерой аллантоис отделен от находящегося в ней воздуха только внутренней подскорлупной оболочкой, в отличие от других частей своей поверхности, где помехой газообмену является, кроме того, наружная подскорлупная оболочка и скорлупа. Следовательно, газообмен в подстилающей воздушную камеру части аллантоиса может происходить и, по-видимому, происходит интенсивнее. По данным Ромейна и Рус, поверхность аллантоиса, выстилающая дно воздушной камеры яйца, составляет в последние дни инкубации 10—20% всей дыхательной площади эмбриона. Однако роль воздушной камеры в дыхании эмбриона значительно больше, так как, по подсчетам Ромейна, через скорлупу над воздушной камерой проходит на 20-й день инкубации около 80% всего потребляемого эмбрионом кислорода. Возможно также, что газопроницаемость скорлупы над воздушной камерой еще и потому больше, что скорлупа здесь суше, а по данным Пенионжкевича, Романова и Владимировой, газопроницаемость скорлупы увеличивается при высушивании. В опытах Прейера покрытие лаком всей поверхности скорлупы, кроме площади над воздушной камерой, не нарушало развития эмбриона; если же лакировалась только половина скорлупы и этой половиной яйцо было повернуто вверх, эмбрион погибал к 7-му дню инкубации.

В связи со значительной ролью воздушной камеры в дыхании эмбриона следует рассмотреть данные об изменении состава газов в ней в течение инкубации. Изучение состава газов воздушной камеры, кроме того, помогает нам судить о проницаемости скорлупы, не нарушая нормального хода развития эмбриона. Состав газов воздушной камеры куриного яйца изучали Агазотти и Ромейн. Агазотти обнаружил в воздушной камере на 1-й день инкубации 1.89% СO2, на 11-й — 0.33% СO2 и 13.65% O2. Сходные данные получили Ромейн и Рус, обнаружив, что объем воздушной камеры увеличивается с 0.3 мл до закладки яйца в инкубатор до 10 мл на 20-й день инкубации как у оплодотворенного, tart и у неоплодотворенного яйца.

В связи с некоторыми недостатками методики вышеназванных авторов мы в своей работе изменили как метод взятия пробы газа, так и метод анализа. Нами был создан прибор — микрогазоанализатор, где в пробе газа объемом 0.1—0.2 мл определяется содержание углекислоты и кислорода с точностью ±0.2%.

Применив этот метод микрогазоанализа, мы подробно изучили изменение состава газов в воздушной камере яиц в течение инкубации. Содержание углекислоты до инкубации и в первые дни развития выше, чем в окружающем воздухе. За первые 9 дней инкубации содержание кислорода снижается, а концентрация углекислоты повышается чрезвычайно медленно. После 10—11 дней инкубации, с момента выстилания аллантоисом всей внутренней поверхности скорлупы до начала его отмирания — на 17—18-й день инкубации, содержание кислорода снижается, а процент углекислоты повышается быстро — в среднем по 0.5% в сутки. В течение 3 суток, предшествующих проклеву подскорлупной оболочки, с 17 до 19 дней инкубации содержание O2 и СO2 в воздушной камере почти не изменяется. В эти дни развития куриного эмбриона Ромейн и Рус наблюдали такое же уплощение кривых кислорода и углекислоты в воздушной камере яйца. Следует отметить, что в течение этих 2—3 дней аллантоис уже начинает отмирать, а легкие еще не начали своей деятельности или функционируют неполностью. Итак, приостановка снижения количества кислорода и увеличения углекислоты в воздушной камере обусловлена, по-видимому, серьезными морфологическими и физиологическими изменениями, связанными с переходом от аллантоисного к легочному дыханию. После прокола клювом внутренней подскорлупной оболочки под воздушной камерой эмбрион начинает дышать легкими. Это бывает на 19—20-й день инкубации куриных яиц. В течение суток эмбрион дышит в атмосфере воздушной камеры, содержащей к началу этого периода, по нашим данным, 15.0—18.6% (в среднем 16.2%) кислорода и 2.8—5.0% (в среднем 3.8%) углекислоты. За время дыхания легкими процент углекислоты в воздушной камере снова увеличивается, а содержание кислорода падает. Ромейн и Рус отмечают, что особенно низкое содержание кислорода и высокое углекислоты в воздушной камере они наблюдали после начала писка в яйце, т. е. после начала легочного дыхания, но до проклева скорлупы.

Мы продолжили исследование состава газов воздушной камеры и после проклева скорлупы. Оказалось, что и после того, как в скорлупе образуется щель проклева, накопление углекислоты и понижение процента кислорода продолжается. В одном из яиц за сутки до проклева было 3.5% СO2 и 15.3% O2; через 15 мин. после проклева было 4.1% СO2 и 13.9% O2, а еще через 4 часа — 5.1% СO2 и 12.1% O2. Таким образом, смена типа дыхания с аллантоисного на легочное приводит к настолько большому увеличению обмена, что даже через щель проклева в скорлупе не может восполняться потребляемый эмбрионом кислород и удаляться из воздушной камеры выделенная при дыхании углекислота. Следовательно, дыхание легкими как до проклева скорлупы, так и в первое время после него происходит в неблагоприятных условиях: содержание кислорода в воздушной камере почти вдвое меньше, а процент углекислоты в 200 раз больше атмосферного.

Мы попытались выяснить, как долго может жить 20-дневный эмбрион без снабжения кислородом извне, и покрыли клеем всю поверхность скорлупы. До опыта в воздушной камере было 2.6% СO2 и 17.2% O2; через 10 мин. после покрытия скорлупы клеем — 4.6% СO2 и 11.9% O2; через 20 мин. — 4.2% и 7.7%; через 30 мин. — 4.2% и 8.8% и через 40 мин. — 6.0% и 8.8% соответственно. При вскрытии яйца через 40 мин. было обнаружено, что аллантоис не атрофирован, кровь темная. Через несколько минут эмбрион погиб. По-видимому, содержание 6% СO2 и менее 10% O2 в воздушной камере вызывает необратимые изменения, ведущие к гибели эмбриона.

Для сравнения приведем наши данные о составе газов воздушной камеры яиц при естественной инкубации. Несмотря на то что яйца под наседкой несомненно вентилируются лучше, чем в инкубаторе, содержание кислорода в воздушной камере было меньше, чем в яйцах, инкубируемых искусственно: на 16-й день — 14.3—16.6%, а на 17-й — 15.4—15.8%. Следовательно, под наседкой происходит больший газообмен, что показывает на лучшее течение развития эмбриона. В воздушной камере яиц дикой утки кряквы, развивавшихся в гнезде и в последние дни эмбрионального развития перенесенных в инкубатор, были еще большие отклонения от состава атмосферного воздуха — 4.6—7.2% СO2и 14.4-11.6% O2.

Чтобы определить проницаемость скорлупы для различных газов, не нарушая ее целостности и нормальной жизнедеятельности эмбриона, мы сравнили данные о потере веса яиц (проницаемость скорлупы для водяных паров) с содержанием кислорода и углекислоты в воздушной камере яиц в разные дни инкубации. Мы подсчитали по данным Владимировой, что проницаемость скорлупы для газов примерно в полтора раза больше у яиц, имевших вдвое большую потерю веса во время хранения. Достоверная корреляция между величинами содержания газов воздушной камеры и потерей веса яиц возникает только с 17-го дня инкубации. Следовательно, с этого времени проницаемость скорлупа становится реальным препятствием для газообмена эмбриона, а на 19-й день это препятствие становится особенно большим. Итак, нам удалось подтвердить предположенный Ридлем «парадокс скорлупы».

Повышенное содержание углекислоты и низкое содержание кислорода в воздушной камере в конце инкубационного периода являются отражением увеличенной концентрации СO2 и пониженного содержания O2 в крови эмбриона в это время. Уиндл и Баркрофт считают, что такое изменение газов в крови эмбриона вызывает: а) увеличенный мышечный тонус, б) торможение движений, не включенных в дыхательный ритм, в) интенсификацию дыхательных движений, чтобы заменить уже отмирающий в это время аллантоис, г) интенсификацию движений шеи и туловища, при помощи которых происходит проклев скорлупы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: