«Организм как целое с физико-химической точки зрения»

ТАБЛИЦА V

Специфичность активации спермы яйцеклетками

Asterias♂Asterina♂Franciscanus♂Purpuratus♂ Asterias♀

(immature)Immediately very motile.No activa­tion.Moderately active.Slight effect in immediate contact with egg. Asterina♀

(immature)Not motile.Violent activity.Violent activity.Slight effect only near the egg. Franciscanus♀

(mature)Slightly motile.No motility.Immediately active.Immediately active. Purpuratus♀

(mature)Slightly motile after some time.Slight effect in immediate contact with eggs.Immediately active.Immediately active.

Сперматозоиды морских звезд проявляют выраженную специфичность, поскольку они сильно активируются только яйцеклетками собственного вида, хотя в этом эксперименте они были незрелыми, и лишь в незначительной степени — яйцеклетками морского ежа purpuratus. Но также очевидно, что специфичность далеко не исключительна, поскольку незрелые яйцеклетки Asterina активируют сперму морского ежа franciscanus столь же мощно, как это делают зрелые яйцеклетки морских ежей purpuratus и franciscanus. Изучая эти результаты, читатель должен иметь в виду, во-первых, что все эти эксперименты проводились в растворе NaCl, и, во-вторых, что для активации сперматозоидов морской звезды, которые вначале неподвижны даже в морской воде, требуется более сильное влияние, чем для сперматозоидов морского ежа, которые с самого начала очень активны в такой морской воде и которых поэтому можно рассматривать как находящихся на пороге активности в чистом растворе NaCl.

Уостенеис и автор (в пока не опубликованных экспериментах) не смогли продемонстрировать активирующий эффект яйцеклеток различных морских костистых рыб на сперму тех же видов.

4. Ф. Р. Лилли 71 исследовал весьма поразительное явление временной агглютинации спермы, которое происходит, когда сперму морского ежа или некоторых аннелид помещают в надосадочную морскую воду яйцеклеток того же вида. Если аккуратно поместить одну или несколько капель очень густой суспензии спермы калифорнийского морского ежа S. purpuratus в центр чашки, содержащей 3 см³ обычной морской воды, дать капле постоять от половины до одной минуты, а затем легким взбалтыванием смешать сперму с морской водой, масса густой спермы, которая сначала была довольно вязкой, равномерно распределяется в морской воде за несколько секунд, и в результате получается гомогенная суспензия спермы. Однако когда тот же эксперимент проделывают с морской водой, которая некоторое время постояла над большой массой яйцеклеток того же вида, густая капля спермы кажется менее смешиваемой, и вместо гомогенной суспензии мы в результате получаем образование большого количества отчетливых скоплений, видимых невооруженным глазом и могущих иметь диаметр 1 или 2 мм. Остальная часть морской воды практически свободна от спермы. Эти скопления сперматозоидов могут существовать от двух до десяти минут, а затем растворяются за счет постепенного отрыва сперматозоидов с периферии скопления.

Это явление, по-видимому, имеет место у морских ежей и аннелид. Автор напрасно искал его у различных форм калифорнийской морской звезды или моллюсков и у рыб в Вудс-Холе. Лилли не смогла обнаружить его у морской звезды в Вудс-Холе.

Автор обнаружил, что сперма калифорнийского морского ежа Strongylocentrotus purpuratus образует скопления с «яичной морской водой» (водой из-под яиц) purpuratus, но не с таковой franciscanus; в то время как сперма franciscanus будет агглютинировать с «яичной морской водой» обоих видов, но скопления держатся немного дольше с яйцами собственного вида.

Он также обнаружил, что скопления более долговечны в нейтральном растворе, чем в слегка щелочном, и что агглютинация исчезает тем быстрее, чем щелочнее раствор. Присутствие двухвалентных катионов, особенно Ca, также благоприятствует агглютинации.

Было также обнаружено, что эта агглютинация происходит только тогда, когда сперматозоиды очень подвижны; так, если добавить следы KCN к массе густой спермы морского ежа так, чтобы сперматозоиды стали неподвижными, капля этой спермы не будет агглютинировать при помещении в «яичную морскую воду» того же вида; в то время как позже, после испарения HCN, та же сперма будет агглютинировать при помещении в такую морскую воду.

Автор предлагает следующее объяснение этого явления. «Яичная морская вода» содержит вещество, которое образует осадок с веществом на поверхности сперматозоида, благодаря чему последний становится слегка липким. Этот осадок медленно растворяется в морской воде, причем тем быстрее, чем раствор щелочнее (в определенных пределах). Только когда сперматозоиды сталкиваются друг с другом с определенным ударом, они слипаются, как предполагал Лилли. Лилли предполагает, что это агглютинирующее вещество, содержащееся в «яичной морской воде», необходимо для осуществления оплодотворения, и поэтому он называет его «фертилизином». 72 Но это предположение кажется выходящим за рамки фактов, поскольку существование такого агглютинирующего вещества может быть доказано лишь у немногих видов животных (морских ежей и аннелид); и поскольку, кроме того, сперма морского ежа может оплодотворять яйцеклетки, которые не вызывают агглютинации спермы, например, яйцеклетку franciscanus можно оплодотворить спермой purpuratus, хотя «яичная морская вода» franciscanus не вызывает никакой агглютинации спермы purpuratus. Когда желе, окружающее яйцеклетку калифорнийского морского ежа S. purpuratus, растворяется кислотой и яйцеклетки промываются, яйцеклетки больше не вызывают никакой агглютинации спермы; и тем не менее сто процентов таких яйцеклеток могут быть оплодотворены спермой. 73

Общеизвестно, что если яйцеклетка однажды оплодотворена, она становится непроницаемой для других сперматозоидов. Это не может быть объяснено тем фактом, что яйцеклетка развивается; автор некоторое время назад обнаружил, что яйцеклетки Strongylocentrotus purpuratus, у которых развитие индуцировано посредством искусственного партеногенеза, могут быть оплодотворены спермой. Следующее наблюдение не оставляет никаких сомнений на этот счет. Когда неоплодотворенные яйцеклетки purpuratus помещаются на два часа в гипертоническую морскую воду (50 см³ морской воды + 8 см³ 2 1⁄2 m NaCl), а затем переносятся в морскую воду, иногда случается, что определенный процент яйцеклеток начинает делиться на 2, 4, 8 или более клеток, не развиваясь далее. Когда к таким яйцеклеткам после того, как они пробыли в покоящейся стадии в течение нескольких часов или суток, добавляется сперма, некоторые или все бластомеры образуют оболочку оплодотворения и теперь начинают развиваться в личинки; и если сперматозоид попадает в бластомер 2- или 4-клеточной стадии, образуются нормальные плутеусы. Когда сперма добавляется во время активного партеногенетического клеточного деления яйцеклеток, отдельные бластомеры, в которые проникает сперматозоид, также образуют оболочку оплодотворения, но такие бластомеры погибают очень быстро. Пока еще невозможно сказать, почему для возможности развития имеет столь большое значение то, проникает ли сперматозоид в бластомер в состоянии покоя или во время активного деления ядра, хотя напрашивается мысль, что в последнем случае фатальный результат может быть обусловлен аномальным перерасмешиванием и разделением хромосом и других компонентов. Каким бы ни было объяснение этого явления, оно доказывает нам, что не сам по себе процесс развития служит препятствием для проникновения сперматозоида в уже оплодотворенную яйцеклетку. 74

Когда сперматозоид проникает в яйцеклетку морского ежа, он вызывает образование оболочки — оболочки оплодотворения. Можно было бы считать возможным, что это образование оболочки или лежащее в его основе либо сопровождающее его изменение отвечает за тот факт, что однажды оплодотворенная яйцеклетка становится невосприимчивой к сперматозоиду. В следующей главе мы увидим, что можно вызвать образование оболочки у неоплодотворенной яйцеклетки морского ежа путем обработки ее масляной кислотой. Эта оболочка у яйцеклетки Strongylocentrotus настолько прочна, что через нее не может пройти ни один сперматозоид; у яйцеклетки Arbacia оболочка иногда заменяется мягкой желеобразной пленкой. Если такие яйцеклетки не подвергать повторной обработке, они распадутся за сравнительно короткое время, но при добавлении спермы некоторые или большинство яйцеклеток будут развиваться способом, характерным для оплодотворенных яйцеклеток. 75 Когда оболочка оказывается слишком прочной, чтобы позволить сперматозоиду проникнуть в яйцеклетку, можно показать, что если порвать оболочку механически, яйцеклетка все еще может быть оплодотворена спермой.

Может ли быть так, что сперматозоид больше не способен агглютинировать с оплодотворенной яйцеклеткой или что те фагоцитарные реакции, которые, как мы предполагаем, играют роль при проникновении сперматозоида в яйцеклетку, больше невозможны после того, как сперматозоид проник внутрь? Сам по себе факт развития, по-видимому, не является причиной, которая преграждает путь сперматозоиду в яйцеклетку, уже оплодотворенную спермой.

Лилли предполагает, что яйцеклетка теряет свой «фертилизин» в процессе образования оболочки, поскольку морская вода, содержащая такие яйцеклетки, больше не дает реакции агглютинина со спермой, и он считает, что отсутствие «фертилизина» в оплодотворенной яйцеклетке или в яйцеклетке после образования оболочки является причиной блока в оплодотворенной яйцеклетке. Но мы видели, что искусственное образование оболочки не создает такого блока, хотя и кладет конец «фертилизиновой» реакции. В яйцеклетке purpuratus «фертилизиновая» реакция прекращается, когда желе, окружающее яйцеклетку, растворяется кислотой и яйцеклетки неоднократно промываются; однако такие яйцеклетки легко могут быть оплодотворены спермой.

Лилли не предполагает, что «фертилизин» вызывает агглютинацию между яйцеклеткой и сперматозоидом — мы бы согласились с таким предположением, — но что «фертилизин» действует подобно «амбоцептору» между яйцеклеткой и сперматозоидом, где последний является комплементом, а первый — антигеном. Патолог, вероятно, возразил бы против такой интерпретации, поскольку для агглютинации не требуется «амбоцептор». У автора возникали некоторые сомнения относительно ценности теории боковых цепей Эрлиха, которую, к тому же, можно применять лишь в метафорическом смысле к механизму проникновения сперматозоида в яйцеклетку. 76

Причиной того, что яйцеклетка, однажды оплодотворенная спермой, не может быть оплодотворена повторно, можно найти в группе фактов, которые мы теперь обсудим, а именно в самостерильности многих гермафродитов. Тот факт, что гермафродиты часто самостерильны, в то время как их яйцеклетки могут быть оплодотворены спермой от другого индивидуума того же вида, сыграл огромную роль в теориях эволюции. Здесь мы имеем дело только с механизмом, определяющим блок для проникновения сперматозоида в яйцеклетку того же гермафродитного индивидуума.

Касл 77 наблюдал и изучал феномен самостерильности у асцидии Ciona intestinalis, которая является гермафродитной. Животные, содержавшиеся изолированно, выделяли как яйцеклетки, так и сперму в окружающую морскую воду. Часто ни одна яйцеклетка не оплодотворялась, но в некоторых случаях пять, десять или даже пятьдесят процентов яйцеклеток могли успешно оплодотворяться спермой от той же особи; в то время как если несколько особей помещали в одну чашку, как правило, сто процентов выделенных яйцеклеток дробились. Морган 78 обнаружил, что яйцеклетки различных самок различаются по своей способности оплодотворяться спермой той же особи, в то время как сто процентов обычно могли оплодотворяться спермой другой особи. Кроме того, он обнаружил, что если яйцеклетки Ciona поместить примерно на десять минут в двухпроцентный раствор эфира в морской воде, в ряде случаев процент яйцеклеток, оплодотворенных спермой той же особи, демонстрирует небольшое увеличение. Фукс 79 сообщил о результатах, аналогичных тем, что получили Касл и Морган.

Новый подход к изучению самостерильности у растений был введен с учетом наследственности. Дарвин обнаружил, что у Reseda, которая является однодомной (или гермафродитной), определенные особи либо полностью самостерильны, либо полностью самофертильны; а Комптон показал, что самофертильность, по-видимому, является менделеевским доминантным признаком по отношению к самостерильности. 80

Согласно Йосту, эта самостерильность у гермафродитных растений обусловлена тем, что при использовании пыльцы того же растения нормальный рост пыльцевой трубки ингибируется, в то время как для пыльцы от другого индивидуума такое ингибирование отсутствует. Корренс называет эти вещества, препятствующие должному росту пыльцы, «ингибирующими» веществами и обнаруживает, что они, по-видимому, могут передаваться потомству. Он проводил эксперименты на Cardamine pratensis, которая является самостерильной. 81 Он скрестил двух особей Cardamine и вырастил шестьдесят растений первого поколения. Он сравнил фертильность этих растений F_1 по отношению к (a) их родителям и (b) чужеродным растениям. Все оплодотворения с чужеродными растениями оказались успешными, но оплодотворения с родителями были успешными лишь частично. В зависимости от своей реакции они могли быть разделены на четыре группы:

(A) фертильные с обоими родителями. Тип bg (B) фертильные с одним (B), стерильные с другим родителем (G). (a) фертильные с B, стерильные с G. Тип bG (b) фертильные с G, стерильные с B. Тип Bg (C) стерильные с обоими родителями. Тип BG

Было обнаружено, что приблизительно пятнадцать из шестидесяти потомков принадлежали к каждой из четырех групп. Этого и следует ожидать, если ингибирующее вещество каждого родителя передается потомкам независимо. Таким образом, половина потомков унаследует ингибирующее вещество одного родителя, а другая половина унаследует ингибирующее вещество другого родителя. Это согласуется с предположением о том, что у потомков существуют определенные детерминанты для ингибирующих веществ, которые будут передаваться половине потомков. Для объяснения всех фактов, наблюдаемых Корренсом на этой основе, требуются довольно сложные предположения, и поскольку этот предмет все еще находится в стадии исследования, нам не нужно вдаваться в дальнейшие детали.

Для нас важны предположение и экспериментальное обоснование идеи о том, что самостерильность вызывается присутствием вещества, ингибирующего проникновение сперматозоида. Невозможно ли, чтобы блок, создаваемый проникновением сперматозоида в яйцеклетку, также был обусловлен ингибирующим веществом, привносимым сперматозоидом в яйцеклетку; и кроме того, чтобы действием ингибирующего вещества было предотвращение дальнейшей агглютинации сперматозоида с яйцеклеткой или роста пыльцевой трубки у растений? При таком предположении самостерильность была бы обусловлена отсутствием агглютинации между яйцеклеткой гермафродита и сперматозоидом того же индивидуума. Эксперименты с агглютининами показали, что в то время как изоагглютинины (то есть агглютинины к другим особям того же вида) являются обычным явлением, аутоагглютинины (то есть агглютинины к клеткам той же особи) встречаются редко, если вообще встречаются.

Положительный хемотропизм сперматозоидов по отношению к яйцеклетке того же вида был продемонстрирован в нескольких случаях, однако представляется, что это явление не определяется тем типом веществ, которые вызывают видовую специфичность. Знаменитый эксперимент Пфеффера со сперматозоидами папоротников открывает это направление исследований. Он обнаружил, что такие сперматозоиды, движущиеся по прямой линии через воду, отклоняются в своем курсе, если приближаются к архегонию; затем они поворачивают к нему, проникают в него и входят в яйцеклетку. Пфеффер показал, что 0,01-процентный раствор яблочной кислоты при помещении в капиллярную трубку привлекает сперматозоиды папоротников.

Когда жидкость в трубке содержит лишь 0,01 процента яблочной кислоты, сперматозоиды папоротников очень скоро движутся к отверстию капиллярной трубки, и в течение пяти-десяти минут в трубке может накопиться много сотен сперматозоидов. Яблочная кислота действует как в форме свободной кислоты, так и в форме солей. 82

Эти эксперименты были продолжены и расширены Шибатой. Брухманн 83 обнаружил, что сперматозоиды Lycopodium положительно хемотактичны к лимонной кислоте и солям этой кислоты, хотя лимонную кислоту не удавалось обнаружить в содержимом архегониев. Они также положительно хемотактичны к водному экстракту из архегониев.

Девиц, Буллер и автор безуспешно пытались доказать существование положительного хемотропизма сперматозоидов к яйцеклеткам того же вида. Лилли утверждает, что доказал положительный хемотропизм сперматозоидов морских ежей к «фертилизину», однако такой вывод оправдан лишь в том случае, если метод, аналогичный методу Пфеффера с капиллярными трубками, дает положительные результаты; такой метод в экспериментах Лилли не использовался. Кажется, что оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом становится возможным благодаря двум фактам: во-первых, там, где оплодотворение происходит вне тела, яйцеклетка и сперматозоид выделяются обоими полами одновременно. Это легко наблюдать на примере рыб. Но это также имеет место и у беспозвоночных. Так, автор наблюдал, что морские ежи Strongylocentrotus purpuratus у берега Пасифик-Гроув выметывают икру одновременно. Исследование охватывало несколько миль береговой линии. В такие сезоны вымета икры морская вода превращается в суспензию спермы.

Второй факт, гарантирующий оплодотворение яйцеклеток, — это подавляющий избыток сперматозоидов по сравнению с яйцеклетками. Огромное расточительство в живой природе согласуется с представлением об отсутствии цели; поскольку в данном случае законы случая должны играть большую роль, а происхождение долговечных организмов по законам случая постижимо лишь на основе колоссального расточительства, доказательств чего не счесть.

ГЛАВА V

ИСКУССТВЕННЫЙ ПАРТЕНОГЕНЕЗ

1. Большинство яйцеклеток не может развиваться, если они не оплодотворены, иными словами, если в яйцеклетку не проникает сперматозоид. Возникает вопрос: каким образом сперматозоид заставляет яйцеклетку развиваться в новый организм? Сперматозоид представляет собой живой организм со сложной структурой, и невозможно объяснить причину развития яйцеклетки исходя из структуры сперматозоида. В этой области не удавалось достичь прогресса до тех пор, пока не были найдены способы заменить действие живого сперматозоида хорошо известными физико-химическими агентами. 84 Различные исследователи, такие как Тихомиров, Р. Гертвиг и Т. Х. Морган, обнаружили, что неоплодотворенные яйцеклетки могут начать дробление при определенных условиях, однако такие яйцеклетки в их экспериментах всегда распадались, не давая начала личинкам. В 1899 году автору удалось заставить неоплодотворенные яйцеклетки морского ежа Arbacia развиться в плавающие личинки — бластулы, гаструлы и плутеусы — путем воздействия на них гипертонической морской воды определенного осмотического давления в течение примерно двух часов. Когда такие яйцеклетки затем возвращали в нормальную морскую воду, многие из них претерпевали дробление, а определенный процент развивался в совершенно нормальные личинки, бластулы, гаструлы и плутеусы. 85 Вскоре после этого подобное было осуществлено с помощью других методов для неоплодотворенных яйцеклеток большого числа морских животных, таких как морские звезды, моллюски и кольчатые черви. Ни одна из этих яйцеклеток не может развиваться в нормальных условиях, если в нее не проникает сперматозоид. Эти эксперименты доказали, что активирующее действие сперматозоида на яйцеклетку может быть заменено чисто физико-химическим агентом. 86

Первый метод, использованный для получения личинок из неоплодотворенных яйцеклеток, не позволял провести анализ активирующего эффекта сперматозоида на яйцеклетку, поскольку о действии гипертонического раствора было известно лишь то, что он отнимает воду у яйцеклетки; не было никаких указаний на то, что проникновение сперматозоида заставляет яйцеклетку терять воду. Дальнейший прогресс был невозможен до тех пор, пока не был найден другой метод искусственного партеногенеза. Когда сперматозоид проникает в яйцеклетку морского ежа, морской звезды или некоторых кольчатых червей, поверхность яйцеклетки претерпевает изменение, которое называется образованием оболочки и заключается в появлении вокруг яйцеклетки тонкой оболочки, отделенной от последней жидкостью (рис. 4 и 5). О. и Р. Гертвиги и Хербст наблюдали, что такую оболочку можно получить у неоплодотворенной яйцеклетки, если поместить ее в хлороформ или ксилол, однако такие яйцеклетки погибали немедленно. Более того, обычно предполагалось, что процесс образования оболочки не имеет никакого значения в явлении оплодотворения, за исключением разве того, что оплодотворяющая оболочка защищает оплодотворенную яйцеклетку от дальнейшего вторжения сперматозоидов. Однако, поскольку оплодотворенная яйцеклетка защищена от этой возможности другими средствами, оболочка едва ли необходима для такой цели.

Fig. 4 Fig. 5 Fig. 4. Unfertilized egg surrounded by spermatozoa (whose fla­gel­lum is omitted in the drawing). Fig. 5. The same egg after a spermato­zoön has entered. The fer­til­iza­­tion membrane is separated from the egg by a clear space.

В 1905 году автор обнаружил, что образование оболочки, или, вернее, изменение поверхности яйцеклетки, лежащее в основе образования оболочки, является существенным признаком активации яйцеклетки сперматозоидом. Он наблюдал, что если неоплодотворенные яйцеклетки калифорнийского морского ежа Strongylocentrotus purpuratus поместить на время от полутора до трех минут в смесь 50 куб. см морской воды + 2,6 куб. см N/10 уксусной, пропионовой, масляной или валериановой кислоты и затем перенести в нормальную морскую воду, все яйцеклетки или большинство из них образуют оболочки; и такие яйцеклетки при очень низкой температуре разделятся один или несколько раз и могут даже—если температура составляет 4 °C или ниже—развиться в плавающие бластулы 87; но затем они распадутся. С другой стороны, если их содержать при комнатной температуре, они разовьются лишь до стадии формирования астры и деления ядра, после чего начнут распадаться. Следует упомянуть, что время, проходящее между искусственным образованием оболочки и делением ядра, больше, чем время между проникновением сперматозоида и делением ядра.

Поэтому было очевидно, что искусственное образование оболочки, индуцированное масляной кислотой, инициирует процессы, лежащие в основе развития яйцеклетки, но по какой-то причине яйцеклетка оказывается нездоровой и быстро погибает.

Однако, если такие яйцеклетки подвергали кратковременной обработке гипертонической морской водой, либо воздействию недостатка кислорода, либо KCN, они развивались в нормальные личинки. Этот новый, или усовершенствованный, метод искусственного партеногенеза заключается в следующем: яйцеклетки помещают на время от двух до четырех минут в 50 куб. см морской воды, содержащей определенное количество N/10 масляной кислоты (2,6 куб. см в случае S. purpuratus в Калифорнии и 2,0 куб. см в случае Arbacia в Вудс-Холе). Десять или пятнадцать минут спустя яйцеклетки помещают в гипертоническую морскую воду (50 куб. см морской воды + 8 куб. см 2 1/2 m раствора NaCl, раствора Рингера или тростникового сахара), в которой они остаются при температуре 15 °C от тридцати пяти до шестидесяти минут в случае purpuratus и от 17 1/2 минут до 22 1/2 минут при температуре 23 ° в случае Arbacia в Вудс-Холе. Если затем яйцеклетки перенести в нормальную морскую воду, они будут развиваться. Проводя эти эксперименты, которые были повторены и подтверждены многочисленными исследователями, следует помнить, что этот эффект гипертонического раствора имеет высокий температурный коэффициент (около двух на 10 °C) и что небольшое передерживание в гипертонической морской воде повреждает яйцеклетки, так что развитие идет ненормально. С помощью этого метода можно во всех деталях имитировать активирующее действие живого сперматозоида на яйцеклетку, и обработанные таким способом яйцеклетки в большом количестве развиваются в совершенно нормальные личинки. Позднее мы увидим, что их можно вырастить и до взрослого состояния.

2. Следующей задачей было выяснить природу действия обоих агентов на развитие яйцеклетки. Вскоре стало очевидно, что образование оболочки (или изменение, лежащее в основе образования оболочки) является более важным из двух факторов, поскольку у яйцеклеток морских звезд и кольчатых червей этого было достаточно для получения личинок, а вторая обработка имела лишь корректирующий эффект, преодолевая болезненное состояние, в котором простое образование оболочки оставляло яйцеклетки. Поэтому представляло большой интерес установить, какие вещества или агенты вызывают образование оболочки у яйцеклетки, поскольку теперь стало ясно, что сперматозоид может вызвать образование оболочки только путем внесения такого вещества в яйцеклетку. Эти исследования привели автора к результату, что все те вещества и агенты, которые, как известно, вызывают цитолиз или гемолиз (см. главу III), также индуцируют образование оболочки, и что существенным признаком в индукции развития является цитолиз поверхностного, или кортикального, слоя яйцеклетки. Как только этот слой разрушается, может начаться развитие яйцеклетки.

Веществами и агентами, которые вызывают цитолиз и, следовательно, при ограничении их действия поверхностью яйцеклетки стимулируют развитие, являются, помимо жирных кислот: (1) сапонин, соланин или желчные соли; (2) растворители липоидов: бензол, толуол, амилен, хлороформ, альдегид, эфир, спирты и т. д.; (3) основания; (4) гипертонические или гипотонические растворы; (5) повышение температуры и (6) определенные соли, например BaCl2 и SrCl2 в случае яйцеклетки purpuratus и, согласно Р. Лилли, NaI или NaCNS в яйцеклетке Arbacia. Когда бы мы ни подвергали неоплодотворенную яйцеклетку морского ежа воздействию любого из этих агентов и ни ограничивали цитолиз поверхностным, или кортикальным, слоем яйцеклетки (то есть если мы переносим яйцеклетку в нормальную морскую воду до того, как цитолитический агент успел диффундировать в основную массу яйцеклетки), яйцеклетка образует оболочку и ведет себя так, будто образование оболочки было вызвано жирной кислотой, с той лишь разницей, что различные агенты не одинаково безвредны для яйцеклетки. 88

Если предположение о том, что изменение, лежащее в основе образования оболочки, по сути представляет собой цитолиз кортикального слоя яйцеклетки, было верным, следовало ожидать (исходя из данных, содержащихся в главе III), что сыворотка крови или клеточные экстракты чужеродных видов также будут вызывать образование оболочки и тем самым стимулировать развитие неоплодотворенной яйцеклетки, в то время как сыворотка животных того же вида или рода не будет оказывать такого действия. Это оказалось верным. В 1907 году автор показал, что сыворотка крови эхиуриды Dendrostoma способна вызывать образование оболочки у яйцеклетки морского ежа. При добавлении ее в разведении 1 куб. см сыворотки на 500 или 1000 куб. см морской воды к яйцеклеткам purpuratus некоторое количество [яйцеклеток] образовывало оплодотворяющие оболочки. Позднее было обнаружено, что сыворотка и тканевые экстракты большого числа животных, особенно млекопитающих (кролика, свиньи, быка и т. д.), оказывали такой же эффект, хотя и требовалось использовать более высокие концентрации: одну часть морской воды и одну часть изотонической сыворотки крови. Однако яйцеклетки каждого отдельного морского ежа не давали этой реакции, и далеко не все яйцеклетки даже чувствительных самок образовывали оболочки. Тем не менее автор обнаружил, что можно повысить чувствительность яйцеклеток к чужеродной сыворотке крови, поместив их в 3/8 m раствор SrCl2 на время от пяти до десяти минут (или, возможно, немного дольше) перед воздействием на них чужеродной сыворотки крови. BaCl2 действует аналогичным образом. Тот факт, что один лишь SrCl2 может вызывать образование оболочки у неоплодотворенных яйцеклеток, если оставлять их в растворе достаточно долго, позволяет предположить, что сенсибилизирующее действие этого вещества заключается в модификации кортикального слоя, аналогичной той, которая лежит в основе образования оболочки; и что подпороговый эффект кратковременной обработки SrCl2 и подпороговый эффект чужеродной сыворотки в сочетании оказываются достаточными для осуществления образования оболочки.

Не только водный экстракт чужеродных клеток, но и водный экстракт чужеродной спермы индуцирует образование оболочки у яйцеклетки морского ежа. Водный экстракт спермы морской звезды особенно активен, однако степень активности значительно варьирует в зависимости от вида морской звезды, из которой взята сперма. Яйцеклетки разных видов морских ежей также демонстрируют разную степень чувствительности к сперме чужеродных видов. Так, яйцеклетки Strongylocentrotus purpuratus требуют более высокой концентрации экстракта спермы, чем яйцеклетки S. franciscanus. Для последних количество чужеродных клеточных компонентов, достаточное для вызова образования оболочки, настолько мало, что контакт практически с любым чужеродным живым сперматозоидом производит этот эффект; и, как правило, никакого предварительного сенсибилизирующего действия SrCl2 не требуется. Когда мы приводим неоплодотворенные яйцеклетки S. franciscanus в контакт с живой спермой морской звезды, акулы или даже птицы, яйцеклетки образуют оплодотворяющую оболочку без предварительной сенсибилизации. Специфическое вещество из чужеродного сперматозоида вызывает образование оболочки до того, как сперматозоид успевает проникнуть в яйцеклетку. Эффект оказывается таким же, как если бы искусственное образование оболочки было вызвано масляной кислотой, то есть они начинают развиваться, а затем распадаются, если не подвергаются второй кратковременной обработке.

Однако, когда мы обрабатываем яйцеклетки водными экстрактами из клеток их собственного или близкородственных видов, мы обнаруживаем, что эти экстракты совершенно неактивны, даже если используются в сравнительно высоких концентрациях. Это согласуется с результатами, приведенными в главе III.

Эти явления приводят к весьма парадоксальному результату, а именно: в то время как в случае чужеродной спермы мы можем вызвать образование оболочки как с помощью живого, так и с помощью мертвого сперматозоида, только живой сперматозоид того же вида способен индуцировать образование оболочки. Найти объяснение этому можно было бы в предположении, что активное вещество, содержащееся в чужеродной сперме или сыворотке, водорастворимо и является белком, в то время как активирующее, или образующее оболочку, вещество в сперматозоиде нерастворимо в воде, но растворимо в яйцеклетке (или в липоидах). Если это предположение верно, данные два вещества принципиально различны.

Робертсону 89 удалось выделить из спермы морского ежа вещество, которое вызывает образование оболочки яйцеклетки морского ежа после того, как последняя была сенсибилизирована обработкой SrCl2. Автору кажется, что если бы вещество, экстрагированное Робертсоном, было истинным агентом оплодотворения, содержащимся в сперматозоиде, оно должно было бы оплодотворять яйцеклетку без требования предварительной сенсибилизации яйцеклетки с помощью SrCl2.

3. Действие кислот в механизме искусственного партеногенеза порождает некоторые интересные физиологические проблемы. Если неоплодотворенные яйцеклетки морских ежей оставить в морской воде, содержащей любую из низших жирных кислот вплоть до капроновой, яйцеклетки не будут образовывать оболочки, находясь в такой морской воде, и не покажут никаких внешних признаков цитолиза (набухания). Однако, если яйцеклетки оставить в морской воде, содержащей любую из жирных кислот, начиная с гептиловой и выше, яйцеклетки будут образовывать оболочки прямо в кислой морской воде, а вскоре после этого полностью подвергнутся цитолизу и чудовищно разбухнут. В растворах минеральных кислот оболочки не образуются, и они, как правило, не образуются и при перенесении яйцеклеток обратно в морскую воду. Когда в морскую воду добавляют как минеральную, так и низшую жирную кислоту, например масляную, минеральная кислота ведет себя так, будто ее нет, то есть яйцеклетки образуют оболочки при обратном перенесении в морскую воду, если концентрация масляной кислоты достаточно высока. Все эти данные понятны, если предположить, что образование оболочки вызывает только та часть кислоты, которая растворима в липоидах, в то время как водорастворимая часть не участвует в процессе образования оболочки; и что цитолиз или набухание всей яйцеклетки могут происходить только под действием высших жирных кислот (гептиловой или выше), которые малорастворимы в воде и очень растворимы в липоидах, тогда как низшие жирные кислоты, чья растворимость в воде сравнительно высока, могут вызывать цитолиз и набухание только в кортикальном слое, но не в остальной части яйцеклетки. Из-за этого создается впечатление, будто частью, претерпевающей изменение при образовании оболочки, является липоид; и это гармонизировало бы с предположением, что специфическое вещество, индуцирующее образование оболочки в сперматозоиде, нерастворимо в воде, но растворимо в жирах.

4. Эти и другие наблюдения привели автора к мнению, что существенный процесс, вызывающий развитие, может представлять собой изменение поверхности яйцеклетки, по всей вероятности, изменение поверхностного слоя, вероятно, по своей природе являющееся поверхностным цитолизом. Остается вопрос: какова может быть физико-химическая природа этого цитолиза? Автор высказывал в предыдущих работах предположение, что при цитолизе, лежащем в основе образования оболочки, растворяются липоиды, и он предполагал, что растворяемым веществом может быть кальций-липоидное соединение, которое способно образовывать непрерывный слой под поверхностью яйцеклетки. 90 В. Кнаффль, работавший над цитолизом яйцеклеток в лаборатории автора, высказал следующее представление об этом процессе:

Протоплазма богата липоидами; вероятно, она представляет собой главным образом эмульсию последних и белков. Любой физический или химический стимул, способный разжижать липоиды, вызывает цитолиз яйцеклетки. Белок яйцеклетки действительно может набухать или растворяться только в том случае, если состояние агрегации липоида изменено химическими или физическими агентами. Механизм цитолиза заключается в разжижении липоидов, после чего свободный от липоидов белок набухает или растворяется за счет поглощения воды. ...Следовательно, это подтверждает точку зрения Леба о том, что образование оболочки индуцируется разжижением липоидов. 91

Автор высказал предположение, что разрушение эмульсии в кортикальном слое вполне может быть существенной особенностью изменения, ведущего к образованию оболочки и развитию. Давно было замечено, что неоплодотворенные яйцеклетки морской звезды могут начинать развитие по видимости без всякого внешнего «стимула», и А. П. Мэтьюз обнаружил, что слабое механическое встряхивание этих яйцеклеток в морской воде увеличивало число тех из них, которые развивались. В многочисленных экспериментах Делажа, Р. С. Лилли и автора было показано, что вещества, вызывающие развитие у яйцеклетки морской звезды, идентичны или тесно связаны с теми, которые приводят к этому эффекту у яйцеклетки морского ежа, причем в обоих случаях развитию предшествует образование оболочки.

Но как образование оболочки может производиться простым встряхиванием? Мне кажется, это можно понять, если предположить, что оно зависит от разрушения эмульсии в кортикальном слое яйцеклетки. Можно вообразить, что в яйцеклетке некоторых форм стабильность этой эмульсии настолько мала, что простого встряхивания было бы достаточно для ее разрушения и тем самым для индукции образования оболочки и развития. 92

Долговечность эмульсий варьирует, и там, где эмульсия очень долговечна, встряхивание не дает никакого эффекта; в то время как там, где она находится в критической точке разделения на две непрерывные фазы, легкое встряхивание вызовет разделение; а там, где эмульсия еще менее долговечна, мы наблюдаем феномен «спонтанного» партеногенеза. Яйцеклетки вроде тех, что свойственны большинству морских ежей, относятся к первому типу, яйцеклетки вроде тех, что имеются у некоторых морских звезд и кольчатых червей, принадлежат ко второму или третьему типу.

В настоящее время невозможно установить, предсформирована ли оплодотворяющая оболочка в оплодотворенной яйцеклетке и просто приподнимается над яйцеклеткой, или же ее образование обусловлено затвердеванием коллоидного вещества, отделившегося от эмульсии (или выделенного) и затвердевшего при соприкосновении с морской водой. Но в одном мы можем быть уверены, а именно в том, что жидкость между яйцеклеткой и оболочкой содержит некоторое коллоидное вещество, которое определяет натяжение и сферическую форму оболочки. Оболочка явно проницаема не только для воды, но и для растворенных кристаллоидов, в то время как для коллоидов она непроницаема. Когда мы добавляем какой-либо коллоидный раствор (например, яичный белок, сыворотку крови или танниновую кислоту) в морскую воду, содержащую оплодотворенные яйцеклетки purpuratus, оболочка спадает и плотно прилегает к яйцеклетке; тогда как если яйцеклетки поместить обратно в морскую воду или раствор сахара, оболочка вскоре принимает свою сферическую форму. Это понятно в предположении, что в процессе образования оболочки (или при разрушении эмульсии в кортикальном слое) в раствор переходит коллоидное вещество, которое не может диффундировать в морскую воду, поскольку оболочка непроницаема для коллоидных частиц. Однако оболочка проницаема для компонентов морской воды или для сахара. Следовательно, морская вода будет диффундировать в пространствo между оболочкой и яйцеклеткой до тех пор, пока натяжение оболочки не сравняется с осмотическим давлением коллоида, растворенного в пространстве между яйцеклеткой и оболочкой. Если добавить во внешний раствор достаточно коллоида, чтобы его осмотическое давление превысило осмотическое давление коллоидного раствора внутри оболочки, последняя спадет.

Следует также отметить, что неоплодотворенные яйцеклетки многих морских животных окружены студнем (хорионом), который растворяется при оплодотворении яйцеклетки. 93 Автор показал, что те же химические вещества, которые индуцируют образование оболочки и искусственный партеногенез, как правило, вызывают также набухание и разжижение хориона.

Мы уделили столько места механизму образования оболочки, поскольку он с большей вероятностью позволит получить более четкое представление о физико-химической природе физиологических процессов, чем явления мышечного возбуждения и сокращения или нервного возбуждения, на которых большинство физиологов основывают свои заключения о механизме жизненных явлений.

Прежде чем перейти к обсуждению второго фактора в активации яйцеклетки, следует более определенно заявить, что для яйцеклеток некоторых форм первый фактор — процесс, лежащий в основе образования оболочки, — достаточен для развития яйцеклетки в личинку, и во многих случаях никакой второй фактор не требуется. Это верно для яйцеклеток морской звезды и некоторых кольчатых червей. Так, в 1901 году Леб 94 и Нильсон показали, что кратковременная обработка HCl и HNO3 была достаточна для того, чтобы некоторые яйцеклетки Asterias в Вудс-Холе развились в личинки без необходимости второй обработки, и Делаж 95 показал то же самое для CO2; а в 1905 году автор обнаружил, что яйцеклетки калифорнийской морской звезды Asterina можно побудить к образованию оболочки обработкой масляной кислотой, и десять процентов этих яйцеклеток развились в нормальные личинки. Совсем недавно Р. С. Лилли наблюдал, что яйцеклетки Asterias в Вудс-Холе можно заставить образовать оболочки и развиться в личинки путем обработки масляной кислотой, причем время экспозиции, необходимое для получения максимального числа личинок, примерно обратно пропорционально концентрации кислоты в диапазоне от 0,0005 до 0,006 N масляной кислоты. Если экспозиция слишком коротка, образование оболочки произойдет без нормального развития. 96

Все это приводит нас к заключению, что основной эффект сперматозоида при индукции развития яйцеклетки заключается в изменении поверхности последней, которое по своей природе, по-видимому, представляет собой цитолиз кортикального слоя. Все, что вызывает это изменение, не подвергая опасности остальную часть яйцеклетки, может индуцировать ее развитие. Следовательно, сперматозоид вызывает развитие яйцеклетки путем внесения в последнюю вещества, которое осуществляет изменение ее поверхностного слоя.

5. Теперь мы обсудим действие второго, корректирующего фактора в индукции развития. Когда мы вызываем образование оболочки у яйцеклетки морского ежа посредством надлежащей обработки масляной кислотой, она начинает развиваться и делиться, но быстро распадается при содержании при комнатной температуре, причем тем быстрее, чем выше температура. Если же яйцеклетки после этого обработать в течение определенного времени (от тридцати пяти до шестидесяти минут при 15 °C для purpuratus и от 17 1/2 до 22 1/2 минут для Arbacia при 23 °C) в растворе, который изоосмотичен 50 куб. см морской воды + 8 куб. см 2 1/2 m NaCl, 97 они разовьются в личинки, многие из которых могут оказаться нормальными. Любой гипертонический раствор с таким осмотическим давлением — морская вода, сахар или отдельная соль — подойдет при условии, что раствор не содержит веществ, слишком губительных для живой материи. Гипертонический раствор производит свой корректирующий эффект только в том случае, если яйцеклетка содержит свободный кислород; причем в слегка щелочной среде быстрее, чем в нейтральной. Время экспозиционного воздействия в гипертоническом растворе в определенных пределах уменьшается с концентрацией ионов OH в растворе.

Странно, что у яйцеклеток purpuratus корректирующий эффект может быть также вызван выдерживанием яйцеклеток после искусственного образования оболочки в течение примерно трех часов в нормальной морской воде, свободной от кислорода; либо в морской воде, в которой окисления были замедлены добавлением KCN. Этот метод не столь надежен, как обработка гипертоническим раствором.

Что делает гипертонический раствор для предотвращения распада яйцеклетки после искусственного образования оболочки? Автор предположил в 1905 году, что искусственное само по себе образование оболочки запускает развитие, но обычно оставляет яйцеклетки в болезненном состоянии, и что гипертонический раствор или недостаток кислорода позволяют им оправиться от такого состояния. Второй фактор, согласно этой точке зрения, является лишь корректирующим или лечебным фактором. Следующие наблюдения объяснят причины такого предположения.

Автор обнаружил, что если держать неоплодотворенные яйцеклетки после искусственного образования оболочки в морской воде, лишенной кислорода, распад яйцеклетки, следующий за искусственным образованием оболочки, предотвращается по меньшей мере на сутки. Тот же результат может быть получен добавлением десяти капель 1/10-процентного раствора KCN к 50 куб. см морской воды, и определенные наркотики, например хлоралгидрат, действуют точно так же. Вастенейс и автор обнаружили, что хлоралгидрат (и другие наркотики) в требуемой концентрации не подавляют и даже не снижают окисление в яйцеклетке в сколько-нибудь значительной степени, 98 но они предотвращают процессы клеточного деления. Отсюда представляется, что яйцеклетка распадается столь быстро после искусственного образования оболочки потому, что она убивается теми процессами, которые ведут к делению ядра или клеточному делению и которые индуцируются искусственным образованием оболочки. Если мы подавим эти явления развития (на не слишком долгое время), мы дадим яйцеклетке шанс на восстановление, и если теперь импульс к развитию все еще активен, мы наблюдаем совершенно нормальное развитие. Если яйцеклетка слишком долго содержится без кислорода, она страдает по другим причинам и не может развиваться; автор показал, что если оплодотворенные спермой яйцеклетки содержатся без кислорода слишком долго, они также утрачивают способность развиваться нормально. Кратковременная обработка гипертоническим раствором поставляет требуемый корректирующий фактор, так что яйцеклетка может затем претерпевать клеточное деление при комнатной температуре без распада.

Правильность этой интерпретации, которая в действительности представляет собой главным образом изложение наблюдений, доказывается двумя следующими группами фактов. Более ранние исследователи уже замечали, что неоплодотворенные яйцеклетки морского ежа, находясь в морской воде, погибают через сутки или более и что изредка такие яйцеклетки демонстрируют деление ядра или даже начало клеточного деления незадолго до того, как наступает распад. Автор изучил это явление у неоплодотворенных яйцеклеток purpuratus и обнаружил, что только яйцеклетки некоторых самок демонстрируют такое клеточное деление перед распадом, причем клеточному делению предшествует атипичная форма образования оболочки; яйцеклетки окружают себя тонкой студенистой пленкой, сопоставимой с той, которая образуется в яйцеклетке Arbacia при обработке масляной кислотой. Трудно сказать, что именно индуцирует изменение поверхности у яйцеклеток, так долго лежащих в морской воде. Это может быть обусловлено CO2, образующимся в яйцеклетках, — поскольку мы знаем, что CO2 может индуцировать образование оболочки, — или это может быть обусловлено щелочностью морской воды, или веществом, происходящим из окружающего яйцеклетки студня. Было обнаружено, что если такие яйцеклетки содержать без кислорода, их распад (и клеточное деление) значительно задержится. Предполагаемое объяснение этого состоит в том, что недостаток кислорода препятствует внутренним изменениям, лежащим в основе клеточного деления, и тем самым предотвращает распад яйцеклетки. Прямое доказательство того, что яйцеклетка в процессе клеточного деления подвергается большей опасности со стороны ненормальных растворов, чем находящаяся в покое яйцеклетка, было получено в многочисленных наблюдениях автора. Он показал в 1906 году, что оплодотворенная яйцеклетка purpuratus довольно быстро погибает в чистом m/2 растворе NaCl или любом другом ненормальном изотоническом растворе, в то время как неоплодотворенная яйцеклетка может жить в таких растворах сутками. 99 В серии работ, начатой в 1905 году, он показал, что оплодотворенная яйцеклетка живет дольше в гипертонических, гипотонических и иным образом ненормально составленных растворах, когда клеточные деления подавляются недостатком кислорода, добавлением KCN или хлоралгидрата. 100 Таким образом, очевидно, что одновременно с изменениями, лежащими в основе деления ядра или клеточного деления, происходят изменения в чувствительности яйцеклетки к солевым растворам с ненормальной концентрацией или составом, например NaCl + CaCl2, изотоничным морской воде, а также к гипертоническим или гипотоническим растворам.

Мы должны, следовательно, заключить, что искусственное образование оболочки индуцирует развитие, но оставляет яйцеклетку в болезненном состоянии, в котором сами процессы, ведущие к клеточному делению, вызывают ее разрушение; что если ей дать время, она может оправиться от этого состояния, и что обработка гипертоническим раствором также приводит к этому восстановлению быстро и надежно.

Эрлан 101 высказал предположение, что корректирующий эффект гипертонического раствора заключается в надлежащем развитии астросфер, необходимых для клеточного деления. Согласно этому автору, простое образование оболочки не ведет к формированию достаточно крупных астросфер, и поэтому клеточное деление может оставаться невозможным. 102 Автор не имеет априорных возражений против этого предположения, согласующегося с более ранними наблюдениями Моргана, за исключением того, что в настоящее время трудно увязать его со всеми фактами. Почему должно быть возможно заменить обработку гипертоническим раствором приостановкой окисления в яйцеклетке на три часа, в то время как мы знаем, что недостаток кислорода подавляет формирование астросфер в оплодотворенных яйцеклетках? Что происходит с астросферами, если обработка гипертоническим раствором предшествует образованию оболочки на несколько часов или на сутки (что возможно, как мы увидим), и почему они не индуцируют клеточное деление, если идея Эрлана верна? Тем не менее предположение Эрлана заслуживает серьезного рассмотрения.

6. Каким образом изменение поверхности яйцеклетки — например, цитолитическое или иное разрушение кортикального слоя — может привести к началу развития? Ответ, возможно, кроется в отношении окисления к развитию. Автор обнаружил в 1895 году, что если лишить оплодотворенную яйцеклетку морского ежа кислорода, она не может делиться, и это, по-видимому, верно для яйцеклеток в целом. 103 В 1906 году он обнаружил, что быстрый распад яйцеклеток морского ежа, следующий за искусственным образованием оболочки, можно предотвратить, если лишить яйцеклетки кислорода или подавить в них окисление с помощью KCN. Это навело на мысль о связи между распадом яйцеклетки после искусственного образования оболочки и увеличением скорости окисления; кроме того, он обнаружил, что образование кислоты больше в оплодотворенной яйцеклетке, чем в неоплодотворенной. Поэтому в 1906 году он высказал мнение, что существенной особенностью (или, возможно, одной из существенных особенностей) процесса оплодотворения является увеличение скорости окисления в яйцеклетке и что это увеличение вызывается одним лишь образованием оболочки. 104 Эти выводы с тех пор были с лихвой подтверждены измерениями Отто Варбурга, а также измерениями Леба и Вастенейса, которые показали, что проникновение сперматозоида в яйцеклетку повышает скорость окисления на 400–600 процентов и что одно только образование оболочки вызывает увеличение сопоставимой величины. Леб и Вастенейс обнаружили, что гипертонический раствор не увеличивает скорость окисления в оплодотворенной яйцеклетке. Однако он делает это в неоплодотворенной яйцеклетке без образования оболочки, но исключительно по той причине, что в такой яйцеклетке гипертонический раствор вызывает цитолитическое изменение в кортексе яйцеклетки, лежащее в основе образования оболочки. 105 Согласно Варбургу, вполне вероятно, что окисление происходит главным образом, если не исключительно, на поверхности яйцеклетки, поскольку NaOH, который не диффундирует внутрь яйцеклетки, повышает скорость окисления сильнее, чем NH4OH, который диффундирует внутрь яйцеклетки. И наконец, тот же автор показал, что окисление в яйцеклетке морского ежа обусловлено каталитическим процессом, в котором железо действует как катализатор. 106 Ввиду всех этих фактов и их согласованности с методами искусственного партеногенеза вполне оправданным является предположение, что изменение или цитолиз кортикального слоя яйцеклетки каким-то образом связаны с возросшей скоростью окисления.

Тогда остается вопрос: каким образом образование оболочки или изменение кортикального слоя, лежащее в основе образования оболочки, может вызывать увеличение скорости окисления? Одна из возможностей заключается в том, что железо (или какова бы ни была природа катализатора) существует в кортексе яйцеклетки в замаскированном состоянии — или в состоянии, в котором оно не способно действовать, — тогда как изменение кортикального слоя делает железо активным. Возможно, либо железо, либо окисляемый субстрат содержатся в липидном слое в неоплодотворенном состоянии яйцеклетки, а разрушение или цитолиз кортикального слоя переводит и железо, и окисляемый субстрат в водную фазу, в которой они могут взаимодействовать.

Другая возможность состоит в том, что акт оплодотворения увеличивает проницаемость яйцеклетки. Эта привлекательная идея была впервые предложена и обсуждена автором в 1906 году. 107 Он обнаружил, что при помещении оплодотворенных и неоплодотворенных яйцеклеток в ненормальные солевые растворы, например в чистые растворы NaCl, оплодотворенные яйцеклетки погибали быстрее неоплодотворенных, и он указал, что эти эксперименты подсказывают возможность того, что оплодотворение увеличивает проницаемость яйцеклетки для солей. Причиной его колебаний в принятии этой интерпретации было то, что оплодотворенная яйцеклетка также повреждается недостатком кислорода легче, чем неоплодотворенная, и в данном случае бóльшая чувствительность оплодотворенной яйцеклетки очевидно была обусловлена ее более высокой скоростью метаболизма. Более поздние эксперименты автора показали, что оплодотворенную яйцеклетку можно сделать более устойчивой к ненормальным солевым растворам, если подавить ее развитие недостатком кислорода, KCN или определенными наркотиками. При наших нынешних знаниях не кажется очень вероятным, что недостаток кислорода уменьшает проницаемость яйцеклетки, но мы знаем, что он ингибирует процессы развития. Варбург сделал крайне вероятным предположение, что оплодотворенная яйцеклетка непроницаема для NaOH, и если это так, она должна быть непроницаема и для NaCl. 108

Идея о том, что оплодотворение и образование оболочки вызывают увеличение проницаемости яйцеклетки, была позже принята и разработана Р. Лилли. Этот автор предполагает, что неоплодотворенная яйцеклетка не может развиваться, потому что она содержит слишком много CO2, но что CO2 может выходить из яйцеклетки, как только ее проницаемость увеличивается в результате разрушения кортикального слоя яйцеклетки. 109 После того как CO2 вышел, чрезмерная проницаемость должна быть возвращена к нормальному значению, и в этом заключается роль гипертонической обработки. Однако трудно согласовать допущение о непроницаемости неоплодотворенной яйцеклетки для CO2 с тем фактом, что если неоплодотворенную яйцеклетку морского ежа разрезать надвое, как это делается при мерогонии, никакого развития не происходит, тогда как такие фрагменты развиваются при проникновении сперматозоида. Кортикальный слой удаляется вдоль поверхности разреза, и нет никаких причин, почему CO2 не должен выходить. К тому же эксперименты Годлевского и автора доказывают, что кортикальный слой неоплодотворенной яйцеклетки морского ежа по всей видимости очень проницаем для CO2, поскольку последнее вызывает образование оболочки, если содержится в морской воде в достаточно высокой концентрации.

Лилли предполагает, что гипертоническая обработка восстанавливает проницаемость, повышенную до избытка обработкой масляной кислотой, но это предположение не согласуется со следующими фактами. Автор показал, что не имеет значения, обрабатываются ли яйцеклетки сначала гипертоническим раствором, а затем масляной кислотой или наоборот, если только яйцеклетки остаются в гипертоническом растворе дольше, когда гипертоническая обработка предшествует обработке масляной кислотой. В начале этой главы говорилось, что развитие яйцеклетки может быть индуцировано гипертонической морской водой, и нам известна причина этого, поскольку гипертоническая морская вода является цитолитическим агентом. Автор обнаружил, что если подвергать неоплодотворенные яйцеклетки purpuratus воздействию гипертонической морской воды в течение от двух до двух с половиной часов, они зачастую не развиваются и лишь немногие яйцеклетки претерпевают первые клеточные деления, после чего переходят в состояние покоя. Когда эти яйцеклетки, как разделившиеся, так и неразделившиеся, двадцать четыре или тридцать шесть часов спустя обрабатывали масляной кислотой так, что они образовывали оболочку, все они развивались в личинки без дальнейшей обработки. Применить теорию Лилли к этим фактам невозможно по той простой причине, что обработка гипертонической морской водой была как раз достаточно долгой для индукции развития в некоторых яйцеклетки и, следовательно, согласно идеям Лилли, должна была увеличить проницаемость этих яйцеклеток. И тем не менее те же самые яйцеклетки побуждались к нормальному развитию при последующей обработке масляной кислотой, которая, согласно Лилли, также действует путем увеличения проницаемости. Ничто не указывает на то, что обработка яйцеклеток гипертоническим раствором уменьшает их проницаемость; обратное было бы куда более вероятным.

Теория Лилли также не объясняет того факта, что одна лишь обработка яйцеклеток гипертоническим раствором способна привести к их развитию в личинки. Однако это понятно при допущении, что гипертонический раствор в данном случае имеет два разных эффекта: во-первых, цитолиз кортикального слоя яйцеклетки и, во-вторых, совершенно иной эффект, возможно, на внутреннее содержимое яйцеклетки, который представляет собой второй или корректирующий эффект.