Для возобновления развития эмбриона после перерыва во время хранения яиц необходима более высокая температура (инкубатор, гнездо птицы).
К моменту помещения яиц в инкубатор в степени развития эмбриона имеются большие индивидуальные вариации, которые сказываются в дальнейшем на сроках образования тех или иных систем органов.
В первые часы инкубации завершается стадия гаструляции, т. е. происходит дополнительное образование энтодермальных клеток и окончательная дифференцировка энтодермального зародышевого слоя. Однако мы считаем целесообразным привести здесь описание эмбрионального развития с начала гаструляции, т. е. с начала образования энтодермы. Этот процесс Веллер считает одним из самых странных процессов в развитии живой материи. По вопросу о способе образования энтодермы у эмбрионов птиц имеется значительное количество часто противоречивых наблюдений и суждений. В основном пользуются признанием две теории образования энтодермы у птиц — образование деламинацией (отщеплением) и инвагинацией. Кроме того, у других животных гаструляция совершается: а) иммиграцией клеток бластодермы в бластоцель и образованием там энтодермы, б) эпиболией — нарастанием анимальной части на вегетативную, превращающуюся в энтодерму.
Согласно теории инвагинации, энтодерма образуется путем подворачивания сильно утончившегося заднего края бластодермы в пространство между нею и желтком, получающееся в результате дегенерации желточного синцития. Затем инвагинировавший край бластодермы растет языкообразно вперед. Применив метод маркировки тканей углем, Лютц нашел подтверждение теории инвагинации. По данным автора, энтодерма образуется за счет подгибания в основном заднего края бластодермы, но и боковые и передний края ее участвуют в этом процессе. Однако эта картина образования энтодермы, по мнению ряда исследователей, связана с артефактами, получающимися при фиксации материала.
По теории деламинации, энтодерма образуется отщеплением нижнего слоя от верхнего, когда в бластодерме появляются щели между верхним слоем клеток и более крупными клетками, лежащими ниже. Примерно на такой стадии находятся эмбрионы в только что снесенных утиных, индюшиных и голубиных яйцах, а для куриных яиц характерна большая вариация стадий развития. При дальнейшем развитии горизонтальные щели между двумя слоями соединяются и происходит окончательное образование энтодермы. Несколько развивая теорию деламинации, Пастиле считает энтодерму результатом диффузной иммиграции клеток энтодермы.
Наиболее полная картина образования энтодермы у птиц дана Кнорре. Считая основным способом образования энтодермы деламинацию, автор показывает, что к ней добавляется слабо выраженный процесс иммиграции (отделение некоторых клеток верхнего слоя и присоединение их к нижнему). В добавление к этому, уже после образования энтодермы, происходит обособление новых клеток от содержащего свободные ядра желточного синцития со дна подзародышевой полости. Автор показывает также эволюцию способа образования энтодермы в ряду позвоночных животных. Инвагинационный способ образования энтодермы заменился деламинацией в связи с переходом от полного дробления яиц (у бедного желтком яйца ланцетника) к частичному дискоидальному (в богатых желтком яйцах рептилий и птиц). Автор считает, что появление этого способа вызвано необходимостью ранней дифференцировки значительной части энтодермы для резорбции свободного внеклеточного желтка. А инвагинация у птиц происходит после образования энтодермы, выражаясь в движении клеток первичной полоски (о чем будет речь несколько позже). В процессе эволюции гаструляция усложнилась, и у хордовых к концу ее образуются не только два зародышевых листка (эктодерма и энтодерма) но и третий, лежащий между ними, — мезодерма.
Из каждого зародышевого листка возникают определенные структуры, из эктодермы — нервная система и эпидермальная часть кожи с перьями. Следует отметить, что у низших животных, не имеющих нервной системы, именно эктодермальные клетки воспринимают раздражения из внешней среды. Из энтодермы образуется эпителий кишечника и его производные: печень, желчный пузырь и выстилка дыхательного тракта. Из мезодермы образуется наибольшее количество производных: мускулатура, эпителий брюшной и плевральной полостей, эпителий почек и т. п. Часть мезодермы разрыхляется и превращается в мезенхиму, состоящую из синцитиально соединяющихся между собою клеток. Часть клеток мезенхимы происходит из эктодермы. Из мезенхимы образуется соединительная ткань, кровь, скелетные ткани (хрящевая и костная).
Много споров вызывает вопрос о том, является ли вообще обоснованной теория зародышевых листков, согласно которой аналогичные морфологические структуры возникают у разных типов животных из одного и того же зародышевого листка. Однако Светлов доказывает, что эта теория является наиболее общим законом развития многоклеточных животных и что она по праву должна быть названа теорией А. О. Ковалевского. Веллер также считает, что исключения, наблюдающиеся в ряде случаев, а также экспериментальные изменения судьбы того или другого листка не опровергают общего закона.
Что же регулирует развитие индивидуальных клеток в необходимом направлении и в нужное время? Веллер считает, что одна группа клеток влияет на развитие другой и при нормальном развитии целого организма (части организма или группы клеток при обособлении могут вести себя иначе) индивидуальные клетки не развиваются в направлении, вредном для эмбриона как целого. Однако о причинах и механизме такой регуляции внутри организма почти ничего неизвестно.
Основным типом взаимодействия между эмбриональными клетками является так называемая индукция, т. е. воздействие одной ткани («организатора») на дифференцировку другой. Один из создателей теории индукции, Шпеман, представляет себе раннее эмбриональное развитие как серию следующих друг за другом процессов индукции. Зачаток, на дифференциацию которого воздействовал другой зачаток, индуцирует позже возникающие зачатки. Советские эмбриологи Филатов и Иванов отметили, что в действительности имеет место не одностороннее воздействие одних индуцирующих зачатков на другие, пассивные, а взаимодействие между ними, причем один из них может оказывать большее влияние, чем другой. Системы взаимодействующих зачатков Филатов представлял себе как «формообразовательные аппараты», усовершенствующиеся в филогенезе животных. Против термина «организатор», как антропоморфного понятия, возражает Токин и подчеркивает неразрывную взаимосвязь между частями целого организма, развивающегося в тесной связи со средой. Значительное количество экспериментальных и теоретических работ по индукции провел Лопашов с сотрудниками. Автор указывает, что осуществление индукции того или иного органа зависит от своевременного пространственного и временного совмещения ткани индуктора и реагирующей ткани, когда они обе обладают максимумом возможностей к осуществлению данной индукции. Автору удалось показать, что первичное индукционное воздействие обусловливает только первый этап формирования зачатка органа, а его последующее расчленение на части, дифференцировка этих частей и создание формы связаны как с новыми влияниями частей, так и с пространственным расположением клеток внутри зачатка, а также с механическими условиями развития зачатка в общей системе организма. Не имея возможности подробно рассмотреть этот обширно исследованный, но не решенный еще вопрос (тем более, что он стоит несколько в стороне от основных задач нашей работы), приведем данные одного из последних исследований об индуктивной способности различных частей бластодермы куриного эмбриона, проведенных Мулхеркером. Наибольшей способностью к индукции обладает гензеновский узелок, и эта способность снижается не только вдоль бластодермы, но и от середины ее в стороны. Автор обнаружил корреляцию между индукционной способностью и самодифференциацией участка бластодермы в нервную ткань. В большой сводке данных о первичной эмбриональной индукции Саксен и Тойвонен пишут, что, несмотря на значительные противоречия, большинство эмбриологов считает, что индукция вызывается по крайней мере двумя активными агентами (или двумя типами реакций): нейрогенными (нервная бороздка) и мезодермными. На более поздних стадиях как процессы дифференцировки, так и вообще нормальная корреляция развития регулируются не индукцией, а эндокринными железами и нервной системой.
К моменту снесения яйца бластодерма состоит из светлого и темного поля. Большая часть светлого поля дает, начало эмбриону, а периферический его участок вместе с темным полем образует внезародышевую область, из которой формируются временные эмбриональные органы. Под бластодермой находится подзародышевая полость, наполненная сильно разжиженным желтком — подзародышевой жидкостью. По-видимому, она образуется при просачивании влаги сквозь бластодерму из находящегося над нею белка. Это экспериментально установил Нью, выращивая in vitro бластодерму под слоем белка. В этой подзародышевой жидкости лучше, чем в желтке, происходят энзиматические процессы, необходимые для питания эмбриона на столь ранней стадии развития, и лучше растворяются выделяемые им продукты распада. Ван Дет также приводит доказательства, что подзародышевая жидкость образуется активной резорбцией воды и раствора питательных веществ из белка живой бластодермой, а не при переваривании желтка. Иного мнения придерживается Шейнис, считающая, что латебра желтка представляет собой полость, в которой содержится жидкость, поднимающаяся из желтка в подзародышевую полость.
Та фаза гаструляции, которая протекает в первые часы инкубации, начинается с того, что происходит активное перемещение клеточного материала в участке светлого поля: сначала по краям его спереди назад, а затем по центру вперед, навстречу более медленно двигающимся в центре клеткам, спереди назад. Это движение клеток сравнивается эмбриологами с фигурой танца полонеза. Встретившиеся справа и слева потоки клеток образуют в центре бластодермы утолщение, так называемую первичную полоску с бороздкой посредине, а на переднем крае еще более плотное скопление клеток, в виде бугорка. Это первичный, или гензеновский, узелок. Впереди от него лежит материал, из которого в дальнейшем (выяснено методом маркировки углем) образуется хорда, а еще дальше вперед лежит зачаток нервной пластинки. Материал же первичной полоски образует мезодерму, погружаясь внутрь через края бороздки, которая аналогична бластопору амфибий.
Первичная полоска становится впервые заметной в курином яйце на 8—9-й час инкубации, когда диаметр бластодермы равен 4.5—6.0 мм; в утином яйце — 3.4 мм; в яйце морской ласточки — 4.0 мм и грача — 2.0—2.5 мм.
Романов делит стадию первичной полоски на 4 периода: короткой, средней, длинной и дефинитивной первичной полоски. Дефинитивная полоска у куриного эмбриона достигает длины 1.5—2.5 мм и образуется к 16—20 час. инкубации. Потом очертания первичной полоски постепенно становятся неясными, и у 33-часового эмбриона она исчезает совсем.
Вдоль первичной полоски проходит ось симметрии — эмбрион становится билатерально симметричным. Еще Бэр установил, что обычно птичий эмбрион лежит в яйце головой влево, если держать яйцо повернутым тупым концом к исследователю. Это так называемое правило Бэра. Однако из этого правила имеются исключения, и иногда даже очень значительные. Разные исследователи находили различный процент нормально ориентированных эмбрионов в куриных яйцах — 76, 50, 32, 9%. Интересно, что процент нормально ориентированных эмбрионов характерен для каждого вида птиц. Наиболее редкие исключения из правила Бэра встречаются в голубиных яйцах, чаще — в куриных и еще чаще — в утиных. Вентамберже и Клавар обнаружили, что повышение степени неустойчивости билатеральной симметрии коррелируется с появлением уродств (двойни). Не останавливаясь на этом вопросе подробно, скажем, что место детерминизма билатеральной симметрии у птиц и установления ориентации эмбриона в яйце одни исследователи относят к начальной части яйцевода, до деления яйцеклетки на 2 бластомера, а другие утверждают и экспериментально доказывают, что это происходит в матке и связано с положением яйца в ней — тупым или острым концом вниз.
Передняя часть эмбриональной зоны светлого поля утолщается и несколько выпячивается вверх, образуя полукруглую головную складку. Здесь будет образовываться голова эмбриона. В течение всего развития дифференциация головного конца эмбриона идет быстрее, чем остальных его частей. Окончательно дифференцируется головная складка у 23— 25-часового эмбриона. Затем, в течение 2-го и 3-го дня инкубации, образуются боковые и хвостовая подстилающие складки тела, которые углубляются и сближаются между собой и с головной складкой, отделяя собственно эмбрион от желточного мешка.
Нервная пластинка появляется у куриного эмбриона на 18-м часу инкубации, а у 21—22-часового куриного эмбриона на ней образуются два утолщения с желобком посредине. Затем нервная пластинка свертывается в трубку и погружается подкожную эктодерму. Процесс замыкания нервной трубки идет спереди назад и заканчивается к 50—55 час. инкубации. Мезодерма у куриного эмбриона дифференцируется примерно в суточном возрасте на сомиты, нефротомы и лежащие еще более латерально спланхнотомы, или боковые пластинки. Сомиты и нефротомы сегментированы. Их дифференциация идет спереди назад, причем первая пара сомитов образуется у 23—26-часового куриного эмбриона. В связи с постоянством времени образования сомитов их количество является наиболее верным критерием развития эмбриона до 50—53 час. инкубации. В яйцах, одновременно заложенных в инкубатор, эмбрионы могут варьировать по степени развития, но эмбрионы с определенным количеством сомитов очень мало отличаются друг от друга. На стадии 50—55 час. начинается дифференциация первоначально однородных сомитов на а) наружный слой — дерматом, б) средний слой — миотом и в) внутренний — склеротом. Из дерматомов образуется внутренняя часть покровов тела, в то время как из эктодермы формируется только эпителий. Миотомы, проходящие в дальнейшем самый бурный рост из всех частей сомитов, дают всю мускулатуру тела (кроме головной и бронхиальной, которые происходят из головной мезенхимы). Клетки склеротомов начинают окружать хорду и нервную трубку, образуя в дальнейшем позвоночный столб.
Спланхнотомы не сегментируются и продолжаются во внезародышевую мезодерму, разделяясь на 2 листка: висцеральный и париетальный, между которыми лежит полость тела — целом. Сено экспериментально показал, что сомиты образуют осевой скелет и мускулатуру стенки тела (межреберные и брюшные мышцы), а спланхнотомы дают начало дополнительным частям скелета и мускулатуры, включая грудину и большую грудную мышцу.
Энтодерма сначала спереди, а потом на заднем конце эмбриона образует желобок, а затем кишечную трубку. На 22-м часу инкубации дифференцируется передняя часть передней кишки, впервые получая подстилку из клеток, а не из желтка. В последующие дни образование кишки идет постепенно с обоих концов к середине, пока, наконец, сообщение ее с желтком не становится совсем узким и не превращается в пупочный канатик.