«Наука и философия организма»

Целое или частичное развитие может, таким образом, зависеть от способности к регуляции, содержащейся во внутренней полярно-билатеральной структуре протоплазмы. Там, где это так, регуляция и различия в развитии связаны с главными отношениями симметрии. Развитие становится половиной или четвертью нормального, потому что присутствует только одна половина или одна четверть определенной структуры, одна половина или одна четверть в отношении самой целостности этой структуры; развитие является целым, несмотря на нарушения, если внутренняя структура стала целой первой. Мы можем описать «целостность», «половинчатость» или «четвертичность» нашей гипотетической структуры математическим способом, используя три оси, перпендикулярные друг другу, в качестве базы ориентации. Каждой из них, x, y и z, соответствует определенное специфическое состояние в отношении симметричных отношений; отсюда следует, что если отсутствуют все те части внутренней структуры, которые определены, скажем, отрицательным значением y, минусом y, то отсутствует половина внутренней структуры; и эта половинчатость внутренней структуры сопровождается половинчатостью органогенеза, при этом установлена зависимость последнего от внутренней структуры. Но если регуляция восстановила, в меньшем масштабе, целое расположение согласно всем значениям x, y и z, развитие также может происходить полностью (рис. 7).

Рис. 7. — Диаграмма, иллюстрирующая внутреннюю регуляцию протоплазмы от «половины» к «целому».

Большой круг представляет исходную структуру яйца. Во всех случаях, когда изолируются клетки дробления стадии двух клеток, эта исходная структура вначале присутствует только как «половина», скажем, только на правой (+y) стороне. Развитие тогда становится «половинчатым», если внутренняя структура остается половиной; но оно становится «целым» (в меньшем масштабе), если регуляторными процессами формируется новая целая структура (маленький круг!).

Я прекрасно осознаю, что такое обсуждение довольно пустое и чисто формальное, тем не менее оно отнюдь не лишено ценности, ибо оно наиболее ясно показывает различия между тем, что мы назвали внутренней структурой зародышей, ответственной только за общую симметрию их самих и их изолированных частей, и другим видом возможной структуры яйцевой протоплазмы, которую мы теперь должны будем рассмотреть и которая на первый взгляд кажется серьезным затруднением для наших утверждений, по крайней мере в той мере, в какой они претендуют на общее значение. Изучение этого другого вида зародышевой структуры в то же время продвинет нас на шаг дальше в нашем историческом очерке первых лет «Entwickelungsmechanik» и доведет этот очерк до конца.

О НЕКОТОРЫХ СПЕЦИФИЧНОСТЯХ ОРГАНИЗАЦИИ В ОПРЕДЕЛЕННЫХ ЗАРОДЫШАХ

Уже около 1890 года из тщательного изучения того, что было названо «клеточной линией», было известно, что в яйцах нескольких семейств животного царства происхождение определенных органов может быть прослежено до отдельных клеток дробления, имеющих свой типичный гистологический характер. Особенно в Америке такие исследования проводились с предельной тщательностью, исследование Э. Б. Уилсоном клеточной линии аннелиды Nereis было первым из них. Если бы было правдой, что деление ядра не оказывает определяющего влияния на онтогенетическую судьбу бластомеров, только особенности различных частей протоплазмы могли бы объяснить такие отношения специальных клеток дробления к специальным органам. Я отстаивал эту точку зрения еще в 1894 году, и она была доказана два года спустя Крэмптоном, учеником Уилсона, в некоторых очень тонких экспериментах, выполненных на зародыше определенного моллюска. Яйцо этой формы содержит особый вид протоплазмы около своего вегетативного полюса, и эта его часть отделяется при каждом из первых двух сегментирований своего рода псевдодроблением, ведущим к стадиям из трех и пяти разделенных масс вместо двух и четырех, причем добавочная масса является так называемым «желточным мешком» и не обладает ядерными элементами (рис. 8). Крэмптон удалил этот желточный мешок на стадии двух клеток, и он обнаружил, что дробление оперированных таким образом зародышей было нормальным, за исключением размера и гистологического вида одной клетки, и что личинки, происходящие из этих зародышей, были полными во всех отношениях, кроме мезенхимы, которая отсутствовала. Специальная часть протоплазмы яйца была таким образом приведена в отношение с совершенно специальной частью организации, и эта специальная часть протоплазмы не содержала ядра.

Рис. 8. — Моллюск Dentalium (по Э. Б. Уилсону).

a.The egg, consisting of three different kinds of protoplasmatic material. b.First cleavage-stage. There are two cells and one “pseudo-cell,” the yolk-sac, which contains no nucleus. This was removed in Crampton’s experiment.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО ПЕРИОДА «ENTWICKELUNGSMECHANIK»

Этот эксперимент Крэмптона, впоследствии подтвержденный самим Уилсоном, можно сказать, завершил первый период новой науки физиологии формы, период, посвященный почти исключительно проблеме того, была ли верна теория деления ядра или, в более широком смысле, теория строгой «эволюции» как основы органогенеза.

Было показано, как мы видели, что теория «качественно неравного деления ядра» («qualitativ-ungleiche Kernteilung» на немецком) определенно не была верна и что также не было строгой «эволюции» в протоплазме. Следовательно, теория Вейсмана была ясно опровергнута. В онтогенезе определенно есть немало реального «эпигенеза», немало «производства многообразия», не только в отношении видимости, но и в более глубоком смысле. Но также было доказано существование некоторого вида преформации, и эта преформация, или, если хотите, эта ограниченная эволюция, оказалась двух разных видов. Во-первых, была обнаружена внутренняя организация протоплазмы, о которой говорят как о ее полярности и билатеральности, и это должно было быть постулировано для каждого вида зародышей, даже когда оно было затенено немедленной облигатной регуляцией после нарушений. Кроме того, были случаи, когда существовала реальная специфичность специальных частей зародыша, отношение этих специальных частей к специальным органам: но этот вид спецификации также, как было показано, принадлежит протоплазме.

Из всего, что мы упомянули об организации протоплазмы и ее влиянии на морфогенез, следует, что яйца разных животных могут вести себя в этом отношении довольно по-разному и что яйца действительно могут быть классифицированы по степени их организации. Хотя мы должны оставить детальное обсуждение этих тем собственно морфологии, мы все же попытаемся кратко суммировать то, что было установлено о них в разных классах животного царства. Полная регуляция внутренней структуры изолированных бластомеров до нового целого, как было доказано, существует в высшей степени в яйцах всех иглокожих, медуз, немертин, ланцетника, рыб и в одном классе амфибий (хвостатые); она является факультативной только среди другого класса амфибий, бесхвостых, и, по-видимому, лишь частично развита или отсутствует вовсе среди гребневиков, асцидий, аннелид и моллюсков. Особенности в организации специфических частей протоплазмы, как было доказано, встречаются в большем числе случаев, чем предполагалось сначала; они существуют даже в яйце иглокожих, как показали эксперименты последних нескольких лет; даже здесь существует своего рода спецификация на вегетативном полюсе яйца, хотя она подвержена определенному виду регуляции; то же самое верно для медуз, немертин и т.д.; но среди моллюсков, асцидий и аннелид никакой регуляции относительно специфической организации зародыша при дроблении ни в одном случае не было найдено.

Различия в степени регулируемости внутренней зародышевой структуры могут быть легко сведены к простым различиям в физической консистенции их протоплазмы. Но все различия в специфической организации должны пока оставаться такими, какие они есть; одной из целей будущей теории развития будет проследить и эти различия до общего источника.

Что такая попытка, вероятно, будет не без успеха, ясно, я думаю, из того простого факта, что различия в отношении зародышевой специфической преформации никоим образом не согласуются с систематическим положением животных, демонстрирующих их; ибо, как бы странно это ни было, если бы существовали два совершенно разных вида морфогенеза, было бы еще более странно, если бы существовали различия в морфогенезе, которые были бы полностью не связаны с систематическим родством: гребневики ведут себя иначе, чем медузы, а ланцетник иначе, чем асцидии.

НЕКОТОРЫЕ НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, КАСАЮЩИЕСЯ РЕСТИТУЦИЙ

Мы могли бы теперь закрыть эту главу, которая главным образом имела дело с опровержением определенного рода онтогенетических теорий и поэтому была почти негативной по своему характеру, если бы не казалось желательным добавить хотя бы несколько слов о более поздних открытиях, касающихся морфогенетических восстановлений взрослого организма. Мы узнали, что Вейсман создал свое понятие «резервной плазмы», чтобы объяснить то немногое, что он знал о «реституциях»: то есть о восстановлении утраченных частей: он знал только собственно регенерацию у животных и образование придаточных почек у растений. Общим для обоих этих явлений является то, что они во всех случаях берут свое начало из типично локализованных точек тела; каждый раз, когда они происходят, определенная хорошо определенная часть тела заряжается восстановлением утраченных частей. Для объяснения таких случаев гипотеза Вейсмана была вполне адекватной, по крайней мере в логическом смысле. Но в настоящее время, как мы более полно обсудим в другой главе, мы знаем о некоторых очень широко распространенных формах реституции, в которых то, что должно быть сделано для замены утраченного, не поручается в каждом случае одной типичной части тела, но в которых все морфогенетическое действие, которое должно быть выполнено, переносится в своих отдельных частях на отдельные части тела, которое осуществляет восстановление: каждая из его частей должна принять индивидуальное участие в процессе восстановления, осуществляя то, что правильно называется определенным видом «редифференцировки» («Umdifferenzierung»), и эта доля варьируется в зависимости от относительного положения части в каждом случае. В дальнейшем эти утверждения появятся в более правильной форме, чем сейчас, и тогда станет ясно, что мы полностью вправе подчеркнуть в конце нашей критики теории Вейсмана, что его гипотеза, касающаяся восстановлений, не может быть более верной, чем его теория собственно развития.

А теперь мы перейдем к нашей позитивной работе.

Мы попытаемся наметить контуры того, что можно было бы правильно назвать аналитической теорией морфогенеза; то есть объяснить сумму наших знаний об органическом формообразовании, полученных путем эксперимента и логического анализа, в форме реальной системы, в которой каждая часть будет, или, по крайней мере, будет пытаться быть, на своем надлежащем месте и в отношении с каждой другой частью. Наша аналитическая работа даст нам широкую возможность упомянуть многие важные темы так называемой общей физиологии также, независимо от морфогенеза как такового. Но морфогенез всегда должен быть центром и отправной точкой нашего анализа. Поскольку я сам подхожу к предмету как зоолог, животный морфогенез, как и прежде, будет главным предметом того, что последует.

2. Аналитическая теория морфогенеза

α. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИЙ Проспективное значение и проспективная потенция

Вильгельм Ру не преминул увидеть, что вопросы локальности и времени всех морфогенетических дифференцировок должны быть решены первыми, прежде чем можно будет атаковать любую проблему собственно причинности. С этой точки зрения он провел свои фундаментальные эксперименты.

Только в терминологии мы расходимся с его взглядами, если предпочитаем называть нашу вводную главу анализом распределения морфогенетических потенций. Результат, конечно, будет довольно отличаться от того, что ожидал Ру.

Начнем с установления двух фундаментальных понятий. Предположим, у нас есть здесь определенный эмбрион в определенном состоянии развития, скажем, бластула, или гаструла, или какой-то вид личинки, тогда мы вправе изучать любой специальный элемент любого специального элементарного органа этого зародыша в отношении того, что фактически должно развиться из этого самого элемента в будущем фактическом ходе этого развития, будь то не потревоженном или потревоженном каким-либо образом; это, так сказать, фактическая, реальная судьба нашего элемента, которую мы принимаем во внимание. Я предложил называть эту реальную судьбу каждой эмбриональной части в этой самой определенной линии морфогенеза ее проспективным значением («prospective Bedeutung» на немецком). Фундаментальный вопрос первой главы нашей аналитической теории развития теперь может быть сформулирован следующим образом: является ли проспективное значение каждой части любого состояния морфогенетической линии постоянным, т.е. является ли оно неизменным, может ли оно быть только одним; или оно изменчиво, может ли оно меняться в зависимости от разных обстоятельств?

Мы сначала вводим второе понятие: термин проспективная потенция («prospective Potenz» на немецком) каждого эмбрионального элемента. Термин «проспективная морфогенетическая потенция» должен означать возможную судьбу каждого из этих элементов. С помощью наших двух искусственных понятий мы теперь можем сформулировать наш вводный вопрос так: полностью ли дана проспективная потенция каждой эмбриональной части ее проспективным значением в определенном конкретном случае; идентична ли она, так сказать, с ним, или проспективная потенция содержит больше, чем раскрывает проспективное значение элемента в определенном случае?

Мы уже знаем из нашего исторического очерка, что верно последнее: что фактическая судьба части не обязательно должна быть идентична ее возможной судьбе, по крайней мере во многих случаях; что потенция первых четырех бластомеров яйца морского ежа, например, имеет гораздо более широкий диапазон, чем показано тем, что каждый из них фактически выполняет даже в этом онтогенезе. В каждой эмбриональной части содержится больше морфогенетических возможностей, чем фактически реализуется в специальном морфогенетическом случае.

Поскольку самым важным специальным морфогенетическим случаем является, конечно, так называемый «нормальный», мы можем также выразить нашу формулу в терминах специального отношения к нему: в каждой части больше морфогенетических возможностей, чем может раскрыть наблюдение нормального развития. Таким образом, мы сразу же оправдали применение аналитического эксперимента к морфогенезу и заявили о его самых важных результатах.

Поскольку вводные эксперименты об «Entwickelungsmechanik» уже показали, что проспективная потенция эмбриональных частей, по крайней мере в определенных случаях, может превышать их проспективное значение — что, по крайней мере в определенных случаях, она может отличаться от него — понятие проспективной потенции в самом начале наших исследований ставит себя в центр аналитического интереса, оставляя понятию проспективного значения только второе место. Ибо то, что каждая эмбриональная часть фактически имеет определенное проспективное значение, специфическую фактическую судьбу в каждом отдельном случае онтогенеза, ясно само по себе и не утверждает большего, чем реальность морфогенетических случаев в целом; но то, что проспективное значение элементов может меняться, что в них есть морфогенетическая сила, которая содержит больше, чем актуальность; другими словами, что термин «проспективная потенция» имеет не только логический, но и фактический интерес: все эти пункты сводятся к заявлению не только самых фундаментальных вводных результатов, но и фактических проблем физиологии формы.

Если в каждой точке зародыша может быть сформировано что-то другое, чем фактически формируется, почему тогда в каждом случае происходит именно то, что происходит, и ничего больше? Этими словами, действительно, мы можем сформулировать главную проблему нашей науки, по крайней мере после того, как фундаментальное отношение превосходства проспективной потенции над проспективным значением было в целом показано.

Мы, следовательно, можем кратко сформулировать нашу первую проблему как вопрос о распределении проспективных морфогенетических потенций в зародыше. Теперь этот общий вопрос включает ряд частных. До какой стадии, если вообще до какой, существует абсолютно равное распределение потенций по всем элементам зародыша? Когда такое равное распределение перестало существовать на определенной стадии, каковы тогда отношения между частями разной потенции? Как, с другой стороны, ведет себя возникший, более специализированный вид потенции по отношению к исходной общей потенции, и что насчет распределения более ограниченной потенции?

Я очень хорошо знаю, что все такие вопросы покажутся вам немного формальными и, так сказать, академическими с самого начала. Мы не преминем придать им очень конкретные значения.

Потенции бластомеров

Сначала мы возвращаемся к нашим экспериментам на яйце морского ежа как типе зародыша на самых ранних стадиях. Мы уже знаем, что каждый из первых двух, или каждый из первых четырех, или три из первых четырех бластомеров вместе могут произвести целый организм. Мы можем добавить, что плавающая бластула, состоящая примерно из тысячи клеток, при разрезании пополам совершенно случайно, в плоскости, совпадающей с ее полярной осью или, по крайней мере, проходящей вблизи нее, может сформировать два полностью развитых организма из своих половин. Мы можем сформулировать этот результат словами: проспективная потенция отдельных клеток бластулы Echinus одинакова для всех них; их проспективное значение максимально далеко от того, чтобы быть постоянным.

Но мы можем сказать даже немного больше: то, что фактически произойдет в каждой из клеток бластулы в любом специальном экспериментально определенном случае развития, зависит от положения этой клетки в целом, если «целое» поставлено в отношение с любой фиксированной системой координат; или, короче, «проспективное значение любой клетки бластулы является функцией ее положения в целом».

Я знаю из прежнего опыта, что это утверждение требует нескольких слов объяснения. Слово «функция» используется здесь в самом общем, математическом смысле, просто чтобы выразить, что проспективное значение, фактическая судьба клетки, будет меняться всякий раз, когда ее положение в целом будет другим. «Целое» может быть соотнесено с любыми тремя осями, проведенными через нормальное не потревоженное яйцо, на гипотезе, что существует первичная полярность и билатеральность зародыша; оси, которые определяют этот вид симметрии, могут, конечно, удобно быть взяты в качестве координат; но это не обязательно.

Потенции элементарных органов в целом

Прежде чем иметь дело с другими очень молодыми зародышами, я считаю целесообразным сначала описать эксперимент, который проводится на более поздней стадии нашей хорошо известной формы. Этот эксперимент легко приведет к нескольким новым понятиям, которые нам понадобятся позже, и послужит, с другой стороны, основой объяснения для некоторых результатов, полученных из самых молодых зародышей некоторых других видов животных, которые иначе казались бы довольно непримиримыми с тем, чему учит нас Echinus.

Вы знаете из второй лекции, что такое гаструла нашего морского ежа. Если вы рассечете эту гаструлу, когда она полностью сформирована, или, еще лучше, если вы рассечете гаструлу морской звезды, либо вдоль оси, либо под прямым углом к ней, вы получите полные маленькие организмы, развившиеся из частей: эктодерма формируется типичным образом в частях, так же как и энтодерма; все пропорционально и только меньше, чем в нормальном случае. Так что мы сразу получаем важные результаты, что, как и в бластуле, так и в эктодерме и в энтодерме нашего Echinus или морской звезды проспективные потенции одинаковы для каждого отдельного элемента: как в эктодерме, так и в энтодерме проспективное значение каждой клетки является «функцией ее положения» (рис. 9).

Рис. 9. — Морская звезда, Asterias.

a1.Normal gastrula; may be bisected along the main axis or at right angles to it (see dotted lines). a2.Normal larva, “Bipinnaria.” b1.Small but whole gastrula that results by a process of regulation from the parts of a bisected gastrula. b2.Small but whole “Bipinnaria,” developed out of b1.

Но на нашей гаструле был проведен дальнейший эксперимент. Если в момент, когда материал будущего кишечника наиболее отчетливо обозначен в бластодерме, но еще не вырос в трубку, если в этот момент верхняя половина личинки отделена от нижней экваториальным сечением, вы получите полную личинку только из той части, которая несет «Anlage» энтодермы, в то время как другая половина будет продолжать морфогенез очень хорошо, но сформирует только эктодермальные органы. Другим видом эксперимента, который мы не можем здесь полностью объяснить, было показано, что энтодерма, если она изолирована, также способна формировать только такие органы, которые обычно происходят из нее.

И так мы можем суммировать оба наших последних результата, сказав: хотя эктодерма и энтодерма имеют свои потенции, равномерно распределенные среди своих соответствующих клеток, они обладают разными потенциями по сравнению друг с другом. И то же самое отношение, как было обнаружено, сохраняется для всех случаев того, что мы называем элементарными органами: они «эквипотенциальны», как мы можем сказать, сами по себе, но имеют разные потенции по сравнению друг с другом.

Явные и неявные потенции: первичные и вторичные потенции

Мы сначала дадим нашему понятию «проспективная потенция» несколько слов дальнейшего аналитического объяснения с помощью наших недавно полученных знаний.

Из того, что мы заявили, ясно, что проспективные потенции эктодермы и энтодермы, и мы можем добавить, каждого элементарного органа в отношении каждого другого, различаются между собой, а также по сравнению с бластодермой, из которой они произошли. Но разнообразие энтодермы по отношению к эктодерме не того же рода, что ее разнообразие по отношению к бластодерме. Потенция энтодермы и потенция эктодермы обе специализированы типичным образом, но по сравнению с потенцией бластодермы можно сказать, что они не только специализированы, но и ограничены: потенция бластодермы охватывает целое, потенция так называемого зародышевого листка охватывает только часть целого; и этот вид ограничения становится все яснее и яснее по мере продвижения онтогенеза: в конце его в «конечных элементарных органах» нет никакой проспективной потенции вообще.

Несколько новых терминов послужат для того, чтобы немного точнее сформулировать то, что происходит. Конечно, в отношении всего морфогенеза, который идет непосредственно от бластодермы, потенция бластодермы ограничена так же, как и потенции зародышевых листков. Мы будем называть этот вид непосредственной потенции явным, и тогда мы сразу увидим, что в отношении их явных потенций существуют только различия между проспективными потенциями элементарных органов; но в отношении неявной потенции любого из этих органов, то есть в отношении их потенции как охватывающей способности всех их производных, существуют также не только различия, но и истинные морфогенетические ограничения, лежащие в самых основах всей эмбриологии.

Но теперь те из вас, кто знаком с морфогенетическими фактами, возразят мне, что то, что мы заявили обо всех видах ограничений в онтогенезе, неверно, и вы будете порицать меня за то, что я упустил из виду регенерацию, придаточное почкование и так далее. В некоторой степени критика была бы правильной, но я не собираюсь отрекаться; я только введу другое новое понятие. Мы имеем дело только с первичными потенциями в наших нынешних соображениях, т.е. с потенциями, которые лежат в корне истинной эмбриологии, а не с теми, которые служат для регуляции нарушений организации. Правда, мы некоторым образом нарушили развитие яйца нашего морского ежа, чтобы изучить его; более того, было бы невозможно изучить его вообще без какого-либо нарушения, без какой-либо операции. Но, тем не менее, никакие потенции того, что можно правильно назвать вторичным или реституционным типом, не были вызваны нашими операциями; ничего не произошло, кроме как по обычным линиям органогенеза. Правда, произошел некоторый вид регуляции, но это включено среди факторов собственно онтогенеза.

Мы впоследствии изучим более полно и с более общей точки зрения эту очень важную особенность «первичной регуляции» в ее контрасте с явлениями «вторичной регуляции». В настоящее время должно быть достаточно сказать, что, говоря об ограничении неявных потенций в формообразовании, мы имеем в виду только потенции первичного типа, которые содержат в себе некоторые свойства (первичного) регулятивного характера.

Морфогенетическая функция созревания в свете недавних открытий

Возвращаясь снова к более конкретным вопросам, мы сначала попытаемся, с помощью знаний, приобретенных о потенциях бластодермы и так называемых зародышевых листков Echinus, понять некоторые довольно сложные результаты, которым научило нас экспериментальное морфогенетическое изучение других форм животных. Мы знаем из нашего исторического очерка, что существуют некоторые очень важные отклонения от типа, к которому принадлежит зародыш Echinus, т.е. типа с равным распределением потенций по всем бластомерам. Мы знаем не только то, что в случаях, когда регуляция внутренней структуры протоплазмы не происходит, будет иметь место частичное развитие изолированных клеток, но и то, что может быть даже типичное расположение типичных клеток для формирования только типичных органов, без какой-либо регулируемости.

Давайте сначала рассмотрим последний случай, хорошим типом которого является яйцо моллюсков: здесь нет никакого равного распределения потенций вообще, клетки дробления этого зародыша являются своего рода реальной «мозаикой» в отношении их морфогенетических потенциальностей. Должно ли это различие между зародышем иглокожих и моллюсков оставаться там, где оно есть, и не быть разъяснено далее? Тогда существовали бы довольно важные различия между зародышами разных животных, по крайней мере в отношении степени спецификации их клеток дробления, или, если мы припишем различия между бластомерами организации оплодотворенного яйца, готового к дроблению, существовали бы различия в морфогенетической организации яйцевой протоплазмы: некоторые яйца были бы более типично специализированы в самом начале морфогенеза, чем другие.

В первые годы изучения «Entwickelungsmechanik» я указывал, что никогда не следует забывать о том, что само яйцо является результатом органогенеза. Если, следовательно, в некоторых яйцах в начале дробления или в процессе его существуют реальные мозаичные спецификации, то, возможно, на более ранней стадии индивидуальной истории яйца таких спецификаций морфогенетической структуры не было. Двум американским авторам принадлежит заслуга доказательства этой гипотезы. Конклин несколько лет назад показал, что в определенных случаях на первых стадиях овогенеза происходят некоторые внутриклеточные миграции и перегруппировки материала, но именно Э. Б. Вильсону наука обязана надлежащим и окончательным разъяснением всего этого вопроса. Исследования Вильсона, проводившиеся не только описательными методами, но и с помощью аналитического эксперимента, привели его к чрезвычайно важному открытию: яйца некоторых форм (немертин, моллюсков), которые после созревания демонстрируют мозаичный тип спецификации в своей протоплазме в той или иной степени, не обнаруживают никакого рода спецификации в распределении своих потенций до наступления созревания. В яйце моллюска определенная степень спецификации проявляется уже до созревания, но ее нельзя сравнить с тем, что происходит впоследствии; в яйце немертин в незрелом яйце спецификация отсутствует вовсе.

Таким образом, созревание становится частью самого онтогенеза; морфогенез начинается не с оплодотворения, существует своего рода онтогенез, предшествующий оплодотворению.

Эти слова представляют собой резюме исследований Вильсона. В совокупности с общими результатами, полученными относительно потенций бластулы и гаструлы Echinus, они сводят то, что казалось различиями в степени или даже в роде спецификации яйцевой протоплазмы, к простым различиям во времени начала реального морфогенеза. То, что происходит в некоторых яйцах, как, например, в яйцах Echinus, во время окончательного формирования зародышевых листков, приводя к спецификации и ограничению их проспективных потенций, может происходить гораздо раньше в других яйцах. Но в каждом типе яйца существует самая ранняя стадия, на которой все части его протоплазмы равны в отношении своей проспективности и на которой нет никаких потенциальных различий или ограничений.

На этом закончим с различиями в реальной материальной организации зародыша и их влиянием на неэквипотенциальность клеток дробления.

Интимная структура протоплазмы: дополнительные замечания

Там, где происходит типичное половинное или четвертное развитие из изолированных бластомеров, мы уже знаем, что причиной этого может быть невозможность регуляции интимной полярно-билатеральной структуры. Поскольку эта невозможность регуляции, вероятно, основывается на довольно простых физических условиях, можно с полным основанием утверждать, что равное распределение потенций здесь не отсутствует, а лишь затенено. В этом отношении существует логическое различие фундаментальной важности между теми случаями так называемого «частичного», или, лучше сказать, «фрагментарного» развития изолированных бластомеров, в которых отсутствует определенный эмбриональный орган из-за отсутствия его специфического морфогенетического материала, и теми случаями, в которых «фрагментарному» зародышу не хватает полных «половин» или «четвертей» в отношении общей симметрии из-за того, что симметрия его интимной структуры нарушена нерегулярно. Это логическое различие не всегда получало то внимание, которого оно, несомненно, заслуживает. Наша гипотетическая интимная структура сама по себе, конечно, также является результатом факторов, участвующих в овогенезе. Только в одном случае мы действительно что-то знаем о ее происхождении: Ру показал, что у лягушки именно случайный путь оплодотворяющего сперматозоида в яйце, вместе с полярной осью, обычно определяет плоскость билатеральной симметрии; но эта симметрия может быть преодолена и заменена другой, если заставить гравитацию воздействовать на протоплазму аномальным образом; последняя в яйцах всех амфибий демонстрирует части с различным удельным весом.

Нейтральность понятия «потенция»

Теперь мы можем закрыть нашу довольно длинную главу о распределении потенций в зародыше; она получилась длинной, потому что окажется очень важной для дальнейшего аналитического обсуждения; и ее важность в значительной мере обусловлена ее свободой от предвзятых мнений. Действительно, понятие проспективной потенции ничего не предрешает; мы говорили, это правда, что ограничения потенций в некоторых случаях могут быть обусловлены наличием специфических частей организации; что, по крайней мере, они могут быть с этим связаны; но мы вовсе не определили, что такое проспективная потенция на самом деле, что этот термин должен означать. Может показаться, что такое положение дел придает нашим рассуждениям оттенок пустоты, что оно оставляет неопределенным самое важное. Но я думаю, что наш способ аргументации, который пытается постепенно достичь проблем наибольшей важности, хотя он может быть медленным, вряд ли можно назвать ошибочным и вводящим в заблуждение.

β. «СРЕДСТВА» МОРФОГЕНЕЗА Теперь мы переходим к анализу того, что можно с полным основанием назвать средствами морфогенеза, причем слово «средства» в данной связи предпочтительнее более обычного слова «условия», так как последнее не охватывало бы всю область. В настоящее время выражение «средства» следует понимать в совершенно непритязательном и чисто описательном смысле; то, что обычно называют «условиями», является частью морфогенетических средств в нашем понимании.

β′. Внутренние элементарные средства морфогенеза Мы знаем, что весь морфогенез, типичный или атипичный, первичный или вторичный, протекает путем смены одного морфогенетического элементарного процесса другим. Сама же основа этих элементарных процессов заключается в элементарных функциях организма, поскольку они приводят к образованию стабильных видимых продуктов. Поэтому элементарные функции организма можно с полным основанием назвать внутренними «средствами» морфогенеза.

Секреция и миграция относятся к числу таких функций; первая происходит с помощью химических изменений или физического разделения, вторая — с помощью изменений поверхностного натяжения. Однако в настоящее время о них или подобных пунктах едва ли удалось выяснить что-либо более конкретное.

Поэтому мы не претендуем на то, чтобы предложить полную систему внутренних элементарных средств морфогенеза. Мы лишь выберем из всего этого несколько тем, представляющих значительный морфогенетический интерес, и скажем несколько слов о каждой из них.

Но прежде всего заметим, что элементарные средства морфогенеза — это далеко не сам морфогенез. Само слово «средства» подразумевает это. Можно было бы понимать каждый из этих отдельных актов в морфогенезе так же хорошо, как что угодно другое, и все же оставаться столь же далеким от понимания целого, как и прежде. Все средства морфогенеза следует рассматривать лишь как самую общую рамку событий, внутри которой происходит морфогенез.

Некоторые замечания о значении поверхностного натяжения в морфогенезе. — Существует несколько чисто физических явлений, которые имеют особое значение в органической морфологии, и все они связаны с капиллярностью или поверхностным натяжением. Мыльная пена — вещь, очень хорошо знакомая всем вам: вы знаете, что мыльный раствор здесь организован в виде очень тонких плоскостей, разделенных пространствами, содержащими воздух: Бертольд первым доказал, что расположение клеток в органических тканях следует тому же типу, что и расположение отдельных пузырьков мыльной пены, а Бючли добавил к этому открытие, что тонкая структура самой протоплазмы также является пенистой. Конечно, не одна жидкость и один газ составляют компоненты структуры в организмах, как это имеет место в известных неорганических пенах, а две жидкости, которые не смешиваются друг с другом. Один общий закон справедлив для всех расположений такого рода: так называемый закон минимальных поверхностей, выражающийся словами, что сумма всех существующих поверхностей является минимальной; и опять же, следствием этого закона, если обсуждать его математически, является то, что четыре линии всегда будут сходиться в одной точке, а три плоскости — в одной линии. Эта особенность, вместе с определенным законом о соотношении углов, сходящихся в одной линии, к размеру пузырьков, наиболее ясно реализуется во многих структурах органических тканей и делает весьма вероятным, по крайней мере в некоторых случаях, что здесь действует капиллярность. В других случаях, как, например, у многих растений, своего рода внешнее давление, так называемое тканевое напряжение, может объяснить расположение в виде поверхностей minimae areae. Стадии дробления, пожалуй, являются самым лучшим типом, в котором выражен наш физический закон: и здесь можно сказать, что он имеет довольно простое применение всякий раз, когда все бластомеры одного физического типа, в то время как некоторые осложнения появляются в зародышах со специализированной организацией и, следовательно, с различиями в протоплазме их отдельных бластомеров. В таких случаях мы можем сказать, что физический закон действует настолько, насколько позволяют условия системы, причем эти условия обычно состоят в своего рода неоднородности поверхностей.

По-видимому, согласно исследованиям Дрейера, формирование органических скелетов также может регулироваться физически обусловленным расположением протоплазматических или клеточных элементов, и некоторые явления миграции и перегруппировки среди клеток дробления, описанные Ру, вероятно, также относятся сюда.

Но никогда не будем забывать, что законы поверхностного натяжения дают нам лишь самый общий тип расположения элементов во всех этих случаях, ничего более. Физический закон никогда не объясняет Специфическое! Капиллярность не дает нам ни малейшего ключа к нему. Поскольку органическое вещество, по крайней мере во многих случаях, является жидкостью, оно, конечно, должно следовать общим законам гидростатики и гидродинамики, но жизнь сама по себе затронута его жидкоподобными или пеноподобными свойствами не больше, чем тем фактом, что живые тела имеют определенный вес и массу.

Все, что было описано, действительно можно сказать, относится в самом широком смысле слова к тому, что Ру называет «корреляцией масс», хотя этот автор первоначально намеревался выразить этим термином только некоторые виды пассивного давления и деформации среди эмбриональных частей, как это было обнаружено, в частности, Хисом.

Мы должны быть осторожны, допуская, что какая-либо органическая особенность была объяснена, даже в самом общем виде, действием физических сил. То, что поначалу кажется результатом механического давления, впоследствии может оказаться активным процессом роста, а то, что поначалу кажется полным эффектом капиллярности среди гомогенных элементов, впоследствии может оказаться зависящим от специализированных метаболических условий поверхностей как его основной причины.

Существуют и другие физические явления, которые помогают морфогенезу; например, осмотическое давление, которое, как хорошо известно, действует во многих чисто физиологических процессах. Но все эти процессы являются лишь средствами организма и никогда не могут сделать больше, чем обеспечить общий тип событий. Они не составляют жизнь; они используются жизнью; пусть пока останется открытым вопрос, как следует рассматривать феномен «жизни» в целом.

О росте. — Среди внутренних морфогенетических средств, которые имеют так называемый физиологический характер, то есть которые никто в настоящее время не претендует понимать физически, на первом месте стоит рост, который следует рассматривать как очень существенный.

Аналитически мы должны тщательно различать увеличение размеров полостей организма путем пассивного растяжения их поверхностей и собственно рост отдельных клеток, который, в свою очередь, может быть обусловлен либо простым растяжением, либо реальной ассимиляцией. Осмотическое давление, конечно, играет важную роль как в росте полостей тела, так и в простом клеточном растяжении. Мы повторяем предостережение против веры в то, что этим явлением объясняется слишком многое: именно организм путем секреции осмотических веществ в полости или протоплазму клеток подготавливает почву для роста даже такого осмотического типа. Реальный клеточный рост, который происходит на основе ассимиляции, конечно, не может быть объяснен осмотическими событиями, даже в его самом общем типе.

Онтогенетический рост обычно начинается как у животных, так и у растений после того, как намечены основные линии организации; обычно параллельно с ним идет лишь формирование определенных гистологических структур.

О делении клеток. — Мы уже много говорили о важности деления клеток в онтогенезе: оно сопровождает очень многие процессы организации у всех живых существ. Но даже в этом случае существуют простейшие, в морфогенезе которых оно не происходит вовсе, и также стали известны многие случаи морфогенеза у высших животных, в основном типа регуляции, в которых клеточное деление почти или полностью отсутствует. Поэтому клеточное деление не может быть истинной причиной дифференцировки, а является лишь процессом, который, хотя и необходим в некоторых случаях, не может быть для нее существенным. Я полагаю, следует признать, что такой же вывод можно сделать из всех наших экспериментов на очень ранних стадиях зародыша.

Исследования последних нескольких лет со всей очевидностью показали, что даже у организмов с высокой способностью к морфогенетической регуляции именно форма целого, а не отдельная клетка, подвергается регуляторным процессам. Исходя из определенных результатов, полученных Т. Х. Морганом, я смог показать, что во всех маленьких, но целых личинках, выращенных из изолированных бластомеров, размер клеток остается нормальным, уменьшается лишь их количество; а Бовери наиболее ясно показал, что именно размер ядра — точнее, масса хроматина — всегда определяет, насколько большой должна быть клетка определенного гистологического типа. В этом представлении клетка выглядит еще больше как своего рода материал, используемый организмом в том виде, в каком он поставляется, подобно тому как рабочие могут строить самые разные здания из камней заданного размера.

β″. Внешние средства морфогенеза Теперь мы знаем, что такое внутренние средства морфогенеза, и поэтому можем взглянуть на некоторые из наиболее важных «внешних средств» или «условий» организации.

Как и взрослая особь, зародыш также требует определенного количества тепла, кислорода, а когда он растет в море, солености в среде. Для зародыша, как и для взрослой особи, существует не только минимальный, но и максимальный предел всех необходимых факторов среды; тот же фактор, который при определенной интенсивности способствует развитию, начиная с определенной другой интенсивности, нарушает его.

В пределах этого минимума и максимума каждого внешнего агента обычно наблюдается увеличение скорости развития, соответствующее увеличению интенсивности агента. Было показано, что ускорение развития под действием тепла следует закону ускорения химических процессов при повышении температуры; это, по-видимому, доказывает, что определенные химические процессы протекают в ходе морфогенеза.

Почти все, что было исследовано относительно роли внешних условий развития, имеет мало отношения к собственно специфическому морфогенезу, и поэтому здесь можно не принимать это во внимание: мы должны, однако, придать большое значение тому общему факту, что существует очень тесная зависимость морфогенеза от внешних факторов, чтобы нас впоследствии не обвинили в том, что мы упустили это из виду.

Конечно, все «внешние» средства или условия морфогенеза могут фактически относиться к морфогенетическим процессам, только становясь в некотором роде «внутренними», но, к сожалению, мы не имеем ни малейшего представления о том, как это происходит. В настоящее время мы способны лишь установить, что должно быть обязательно выполнено в среде, чтобы нормальный морфогенез мог продолжаться, и мы можем лишь предполагать, что существуют определенные специфические внутренние общие состояния, необходимые для органогенеза, но недоступные для современных методов исследования.

Открытия Хербста. — Существует лишь несколько моментов в учении о внешних средствах или условиях органогенеза, которые имеют более специальное отношение к спецификации собственно формы и которые поэтому требуют здесь более полного описания. Все эти исследования, которые были проведены почти исключительно Хербстом, касаются влияния химических компонентов морской воды на развитие морского ежа. Если мы выберем наиболее важные результаты Хербста, мы должны прежде всего сказать несколько слов о роли извести или кальция не только в установлении специфических особенностей формы, но и в обеспечении возможности индивидуального морфогенеза вообще. Хербст обнаружил, что в морской воде, лишенной кальция, клетки дробления и многие тканевые клетки также полностью теряют контакт друг с другом: дробление идет вполне хорошо, но после каждого отдельного деления элементы разделяются; в конце процесса вы обнаруживаете 808 клеток зародыша вместе на дне чашки, все они плавают вокруг, как инфузории. По-видимому, существует некоторое влияние солей кальция на физическое состояние поверхностей бластомеров.

Небезынтересно отметить, что это открытие имеет важное значение для технической стороны всех экспериментов, связанных с изоляцией бластомеров. Поскольку разделение отдельных элементов дробления прекращается, как только зародыши возвращаются из смеси без извести в нормальную морскую воду, конечно, возможно разделять их до любой стадии, которую желательно изучить, и держать их вместе впоследствии. Таким образом, если, например, вы хотите изучить развитие изолированных клеток восьмиклеточной стадии, вы оставите яйцо в искусственной смеси, не содержащей кальция, до тех пор, пока не закончится третье дробление, которое ведет от четырех- к восьмиклеточной стадии. Отдельные восемь клеток, возвращенные в этот момент в нормальную морскую воду, дадут вам восемь нужных вам зародышей. Все исследования развития изолированных бластомеров со времени открытия Хербста проводились по этому методу, и было бы совершенно невозможно старым методом встряхивания проводить изучение с такой детальностью, как это было сделано на самом деле. Можно добавить, что кальций, помимо своего соединяющего клетки действия, также имеет первостепенное значение в формировании скелета.

Среди всех других очень многочисленных исследований Хербста нам достаточно упомянуть, что калий необходим для типичного роста кишечника, точно так же, как этот элемент был признан необходимым для нормального роста растений, и что в воде должен присутствовать ион SO4, или, другими словами, соли серы, чтобы зародыши могли приобрести свои пигменты и свою билатеральную симметрию. Это действительно очень важный результат, хотя нельзя сказать, что он правильно понят. Факт заключается в том, что в воде без сульфатов личинки Echinus сохраняют радиальную симметрию, которую они имели на самых ранних стадиях, и могут даже сохранить эту симметрию при возвращении в нормальную морскую воду, если они провели около двадцати четырех часов в искусственной смеси.

Теперь мы можем оставить тему попыток Хербста обнаружить морфогенетическую функцию отдельных компонентов нормальной морской воды и можем посвятить несколько слов другой ветви его исследований — тем, которые касаются морфогенетических эффектов веществ, не присутствующих в морской воде, но добавленных в нее искусственно. Здесь, среди многих других достижений, Хербст сделал важнейшее открытие, что все соли лития вызывают радикальные изменения в развитии. Я не могу здесь полностью описать, как возникает так называемая «литиевая личинка»; позвольте мне лишь упомянуть, что ее энтодерма формируется снаружи, а не внутри, что она гораздо больше, чем нужно, что между эктодермальной и энтодермальной частями зародыша находится сферическая масса, что вместо нормального билатерализма устанавливается радиальная симметрия, что скелет отсутствует и что мезенхимные клетки расположены в совершенно аномальном положении. Все эти особенности, хотя и аномальны, типичны для развития в литии. Личинки совсем не выглядят патологическими, и поэтому действительно можно сказать, что соли лития способны фундаментально изменить весь ход морфогенеза. Важности этих открытий нисколько не умаляет то, что в настоящее время они стоят совершенно изолированно: только с солями лития Хербст получил такие странные результаты, и только на яйцах эхинид, даже не на яйцах астерид, соли лития действуют таким образом.

γ. ФОРМООБРАЗУЮЩИЕ ПРИЧИНЫ ИЛИ СТИМУЛЫ Определение причины

Мы не можем начать изучение «причин» дифференцировки формы без нескольких слов объяснения относительно терминологии, которую мы будем применять. Причинность — самая спорная из всех категорий; многие современные ученые, особенно в физике, стараются вообще избегать понятия причины и заменить его простой функциональной зависимостью в математическом смысле этого термина. Они претендуют на то, чтобы полностью выразить уравнением все, что можно обнаружить относительно любого рода постоянно связанных явлений.

Я не могу убедить себя в том, что такой весьма ограниченный взгляд является правильным: он, несомненно, очень осторожен, но он неполный, ибо мы имеем понятие действующей «причины» в нашем Эго и вынуждены искать ее приложения в Природе. С другой стороны, от меня вовсе не ускользает то, что при ее применении существует много трудностей, или, скорее, двусмысленностей.

Мы можем назвать «причиной» любого события сумму всех совокупностей фактов, которые должны быть завершены, чтобы событие могло произойти; именно в этом смысле, например, первый принцип энергетики применяет этот термин в словах causa aequat effectum. Но, используя это слово только в столь общем смысле, мы лишаем себя многих удобств в дальнейшем и более частном изучении Природы. Было бы лучше сказать, что «причина» любого события — это самое последнее изменение, которое, после того как все совокупности, необходимые для его начала, завершены, все еще должно произойти, чтобы событие действительно могло состояться? Посмотрим, что последовало бы из такого использования слова причинность. У нас здесь есть зародыш животного на определенной стадии, скажем, личинка Echinus, которая вот-вот должна сформировать кишечник; все внутренние условия выполнены, есть также определенная температура, определенная соленость и так далее, но в воде нет кислорода: кишечник, конечно, не будет расти в таком положении дел, но он скоро вырастет, когда кислороду будет позволено проникнуть в чашку. Является ли, следовательно, кислород причиной формирования кишечника у ежа? Никто, я думаю, не захотел бы так сказать. При таком рассуждении, действительно, температуру или натрий можно было бы назвать «причиной» любого особого процесса морфогенеза. Поэтому кажется малополезным давать имя причины тому фактору любой необходимой совокупности событий, который случайно оказывается последним, что реализуется. Но что же тогда делать?

Не могли бы мы сказать, что причиной любого морфогенетического процесса является то типичное свойство, или качество, или изменение, от которого зависит его специфический характер, от которого зависит, например, тот факт, что сейчас появляется кишечник, в то время как в другое время это хрусталик глаза? Мы могли бы очень хорошо, но у нас уже есть наш термин для этого рода причины, который есть не что иное, как наша проспективная потенция, примененная к тому элементарному органу, из которого берет начало новый процесс. Проспективная потенция действительно является истинно имманентной причиной каждой спецификации, затрагивающей отдельные органогенетические процессы. Но нам нужно нечто большее, чем это.

Мы можем найти то, что нам нужно, приняв во внимание, что каждый отдельный элементарный процесс или развитие не только имеет свою спецификацию, но также имеет свое специфическое и типичное место в целом — свою локализацию. Поэтому мы будем называть «причиной» отдельного морфогенетического процесса то событие, от которого зависит его локализация, независимо от того, зависит ли также частично от этой «причины» его специфический характер или нет.

Это определение «причины» в морфологии может быть искусственным; в любом случае оно ясно. И в то же время понятия проспективной потенции и «средств» органогенеза теперь приобретают ясное и определенное значение: потенция — это реальная основа специфического характера каждого акта в морфогенезе, а «средства», включая условия, — это сумма всех внешних и внутренних общих обстоятельств, которые должны присутствовать, чтобы морфогенетические процессы могли продолжаться, не будучи ответственными за их специфичность или локализацию.

Из этих определений причины и потенции следует, что первая почти всегда будет того общего типа, который обычно называют стимулом или «Auslösung», если использовать непереводимое немецкое слово. Между нашей «причиной» и морфогенетическим эффектом нет количественного соответствия.

Некоторые примеры формообразующих и направляющих стимулов

Опять же, именно Хербсту мы обязаны не только очень тщательным логическим анализом того, что он называет «формообразующими и направляющими стимулами», но и некоторыми важными открытиями по этому предмету. Мы не можем здесь сделать больше, чем просто упомянуть некоторые из наиболее характерных фактов.

Среди растений давно известно, что направление света или гравитации может определять, где должны возникнуть корни, ветви или другие морфогенетические образования; у гидроидов мы также знаем, что эти факторы среды могут действовать как морфогенетические причины, хотя большая часть типичной архитектуры колоний гидроидов, безусловно, обусловлена внутренними причинами, как и многое в организации растений.

Свет и гравитация — это внешние формообразующие причины; кроме того, они являются просто «локализаторами». Но существуют также некоторые внешние формообразующие стимулы, от которых зависит не только место эффекта, но и часть его спецификации. Галлы растений — наиболее типичные органогенетические результаты таких стимулов. Потенции растения и специфический вид стимула в равной степени способствуют их спецификации; ибо на одном сорте листьев могут возникать несколько видов галлов.

Едва ли какие-либо внешние формообразующие стимулы ответственны за организацию животных; и вряд ли было бы ошибкой сказать, что эта морфогенетическая независимость у животных обусловлена их сравнительно далеко идущей функциональной независимостью от тех внешних агентов, которые имеют какой-либо вид направления. Но известно, что между отдельными частями зародышей животных существуют многие органогенетические отношения, причем каждая из этих частей в некотором отношении является внешней по отношению ко всем остальным; и, действительно, можно было ожидать уже a priori, что такие формообразующие отношения между частями зародыша животного должны существовать, после всего того, что мы узнали об основных линиях ранней эмбриологии. Если дифференцировка не идет по схеме Вейсмана, то есть если она не осуществляется путем истинной «evolutio» изнутри, как она могла бы осуществляться иначе, как не извне? Действительно, каждая эмбриональная часть может в некотором отношении быть возможной причиной морфогенетических событий, которые должны произойти в каждой другой части: именно здесь следует искать самые корни эпигенеза.

Гелиотропизм и геотропизм относятся к числу хорошо известных физиологических функций растений: видно, что корни изгибаются в сторону от света и к земле; ветви ведут себя прямо противоположным образом. Теперь Хербстом было высказано предположение, что такие «направляющие стимулы» могут также действовать среди растущих или блуждающих частей зародыша, что их рост или их миграция могут определяться типичным характером других частей, и что реальные морфогенетические признаки могут быть результатом некоторого такого отношения; здесь может действовать своего рода «хемотропизм» или «хемотаксис». Хербст сам теоретически обсудил несколько случаев органогенеза, в которых действие направляющих стимулов весьма вероятно. То, что стало фактически известно экспериментально, в настоящее время не очень много: мезенхимные клетки Echinus направляются в своей миграции специфическими местами в эктодерме, пигментные клетки желточного мешка рыбы fundulus притягиваются ее кровеносными сосудами, а нервы могут быть вынуждены превратиться в маленькие трубочки, содержащие мозговое вещество; но, конечно, только первые два примера имеют какое-либо отношение к типичному морфогенезу.