Андрей Сазонов
Твоя жизнь до рождения: тайны эволюции человека
Часть первая. Эмбриональный период
Эмбриональный период длится от момента оплодотворения до конца восьмой недели эмбрионального срока, которая соответствует десятой неделе акушерского срока. Этот период, во время которого закладывается фундамент организма, является наиважнейшим в жизни. Если во время эмбрионального периода что-то пойдет не так, то последствия будут грандиозными, со знаком «минус», конечно.
С эмбриональными периодами существует небольшая путаница. Дело в том, что так называется не только первый период беременности, но и весь период внутриутробного развития в целом, от зачатия до рождения. Чтобы не путаться, мы будем называть «эмбриональным периодом» исключительно первый период беременности, а весь период внутриутробного развития в целом – «внутриутробным периодом». Так проще и понятнее.
Неделя первая, она же третья, или От зачатия до беременности
«Начало всех великих действий и мыслей ничтожно»
Альбер Камю
Считать можно как угодно, но жизнь организма начинается не с момента его рождения, а с момента образования зиготы, так что отсчет жизни новорожденных нужно начинать не с нуля, а с девяти месяцев. Некоторые из читателей сейчас подумали о том, что китайцы так и делают, однако на самом деле система счета возраста, возникшая в древнем Китае и распространившаяся в Восточной и Юго-Восточной Азии, начисляет новорожденному не девять месяцев, а целый год жизни, а добавление годов происходит не в день рождения, а в Новый год по лунному календарю. Таким образом, ребенок, родившийся за неделю до Нового лунного года в восьмой день жизни будет считаться двухлетним. И тот, кто родился на триста пятьдесят дней раньше, тоже будет считаться двухлетним. Нет, наша традиционная система отсчета с нуля все же удобнее.
Вас не удивляет то, что оплодотворение происходит в маточной трубе близ яичника и довольно далеко от матки? Не удобнее было бы оплодотворять яйцеклетку прямо в матке, по месту ее последующего проживания? Яйцеклетке не составляет проблемы добраться до матки, ведь она находится в благоприятнейшей для нее среде и имеет «персональный транспорт» – сокращения мышц трубной стенки и движения ресничек клеток, выстилающих трубы изнутри. А сперматозоидам в таком случае (при оплодотворении в матке) пришлось бы преодолевать гораздо меньший путь… Да и внематочной беременности при таком раскладе быть бы не могло, поскольку яйцеклетка передвигалась бы по трубе неоплодотворенной.
В только что описанной модели хорошо все, кроме двух обстоятельств.
Первое – внедрение эмбриона в слизистую оболочку матки, которое по-научному называется имплантацией, происходит не сразу же после оплодотворения, а в конце первой недели развития. В трубе яйцеклетка, а затем уже эмбрион лежат на ресничках, находятся, так сказать, в надежных «руках», а вот в матке таких ресничек нет, да и анатомическое строение у матки другое. Если при попадании в матку не закрепиться на ее стенке, то можно легко «укатиться» дальше – во влагалище, а оттуда наружу. Маточная труба не просто тоннель, ведущий от яичника к матке, но и первая квартира юного эмбриона.
Второе – в маточных трубах, в благоприятных условиях, сперматозоиды могут жить несколько суток в ожидании яйцеклетки. С учетом весьма короткой жизни неоплодотворенной яйцеклетки, возможность такого ожидания сильно повышает вероятность оплодотворения яйцеклетки. Если бы активные, то есть – жизнеспособные сперматозоиды не могли бы храниться в организме женщины, то оплодотворяющими были бы только половые акты, приуроченные к овуляции. А так известны случаи беременностей, наступивших в результате половых актов, имевших место и за восемь и даже за двенадцать суток до наступления овуляции. Подобные наблюдения дают возможность предполагать, что срок жизни сперматозоидов может быть гораздо длиннее традиционного представления в трое-четверо суток. В матке же сперматозоидам храниться негде, так что оплодотворение в трубах существенно повышает вероятность наступления беременности.
Это все хорошо, но за все хорошее, как известно, нужно платить. Платой за трубное оплодотворение стала внематочная беременность, состояние, при котором прикрепление эмбриона происходит за пределами полости матки. В подавляющем большинстве случаев внематочная беременность развивается в маточных трубах, но изредка реснички могут вытолкнуть зиготу из трубы в обратном направлении и тогда эмбрион прикрепляется к яичнику или же к брюшине.[6] Даже в наше время, при современных возможностях диагностики и лечения, смертность при внематочной беременности в развитых странах колеблется от двух до четырех процентов. В прежние же времена этот показатель доходил и до ста процентов, такие вот дела.
Итак, в результате оплодотворения яйцеклетка превратилась в зиготу.
Зигота – клетка особая, как говорят врачи – тотально потентная или, сокращенно, тотипотентная, то есть такая, которая может дать начало любым клеткам организма. Весь разнообразнейший клеточный ассортимент нашего организма развивается из одной-единственной зиготы. Это же просто чудо какое-то, а не научный факт!
Развитие эмбриона начинается с дробления. Это слово очень точно передает суть происходящего. Зигота дробится – последовательно проходит пять циклов деления, но при этом ее масса и объем не изменяются, остаются теми же, что и в начале дробления. Была одна крупная зигота, а стало тридцать две небольших клетки, называемые «бластомерами». У человека все бластомеры имеют одинаковый размер, и потому дробление называется равномерным.
Яйцеклетки млекопитающих являются самыми мелкими в животном мире. Желтка в них содержится мало, дробление проходит медленно и заканчивается быстро. Первое митотическое деление зиготы с образованием двух бластомеров происходит примерно через тридцать часов после оплодотворения. Второе деление, приводящее к образованию четырех бластомеров, завершается где-то через сорок часов после оплодотворения, а третье деление, увеличивающее количество бластомеров до восьми, завершается через семьдесят два часа, то есть – через трое суток после оплодотворения. Дробление у человека равномерное, но не синхронное – бластомеры делятся не строго в одно и то же время. Вследствие этого на этапе дробления можно наблюдать и четное, и нечетное количество бластомеров. Но в конечном итоге их станет тридцать два. А что будет потом? То же самое – клетки продолжат делиться, только они уже не будут называться бластомерами. Но нам с вами эти научные условности – как что называется – не важны, нам важен сам процесс.
Эмбрионы животных, принадлежащих к различным типам и классам, развиваются по-разному, но дробление как первый этап эмбрионального развития наблюдается у всех многоклеточных. Осуществляется этот процесс за счет энергетических запасов, содержащихся в цитоплазме яйцеклетки. Давайте вспомним, что ради создания одной яйцеклетки природа жертвует тремя ее «сестрами» для того, чтобы не делить цитоплазму.
Зигота тотипотентна, то есть может дать начало целому организму. После второго и третьего деления бластомеры еще сохраняют тотипотентность и при их обособлении и индивидуальном развитии появляются однояйцевые близнецы – два или более организма, развившиеся из одной (одной!) оплодотворенной яйцеклетки.
Бластомеры на третьи сутки эмбрионального развития
Кроме однояйцевых бывают и многояйцевые близнецы, которые развиваются из двух и более яйцеклеток. Не удивляйтесь, нередко случается так, что во время овуляции в трубу выходят несколько яйцеклеток. Если однояйцевые близнецы практически абсолютно схожи между собой, то многояйцевые похожи как братья и сестры, абсолютного сходства между ними не наблюдается. У экзаменаторов есть такой коварный вопрос: «В каких случаях однояйцевые близнецы бывают разнополыми?». Если студент пускается в рассуждения, то он рискует заработать «неуд». Правильный ответ: «Ни в каком!», потому что пол у однояйцевых близнецов всегда один и тот же, обусловленный той половой хромосомой, которую сперматозоид добавил к Х-хромосоме яйцеклетки.
Две оплодотворенные зиготы могут слиться воедино и образовать один эмбрион. Такое может произойти только в самом начале эмбрионального развития, на первой неделе. Если зиготы просто сольются воедино, объединив свой генетический материал, то дело закончится гибелью клетки, имеющей девяносто две хромосомы вместо положенных сорока шести. Но в том случае, если удается избавиться от лишних хромосом (скорее всего это происходит по тому же принципу, как и при образовании яйцеклетки), образуется эмбрион, имеющий генетически разнородные клетки, проще говоря – клетки с разным ДНК. Зигот-то было две и при их слиянии хромосомы перемешались, а уже после от этой смеси отделили и «выбросили» сорок шесть лишних, среди которых были хромосомы из обеих зигот. И оставшийся набор сорока шести хромосом тоже образован представительницами обеих зигот. Вы уже знаете достаточно для того, чтобы понимать, что две разные яйцеклетки одной матери, оплодотворенные двумя разными сперматозоидами одного и того же отца, имеют разные ДНК.
Что получается в результате? В результате получается химера (это официальный термин, образованный от слова «химеризм», которым обозначают генетическую разнородность организма). У химеры может иметься гермафродитизм – сочетание мужских и женских половых признаков или, к примеру, мозаичная окраска кожи, но может и не быть никаких отклонений от нормы. Живет человек и не знает, что разные клетки его организма имеют разные ДНК.
Могут ли слиться воедино два эмбриональных зачатка, развившиеся из одного яйца? Проще говоря – могут ли однояйцевые близнецы слиться в химеру? Теоретически – могут, но это будет не химера, а совершенно обычный человек, ведь у однояйцевых близнецов полностью идентичная ДНК.
С однояйцевыми близнецами может произойти другой казус. Если два эмбриональных зачатка, образовавшиеся в одной зиготе, не обособятся полностью в конце первой недели эмбрионального развития, то получатся так называемые «сиамские близнецы», имеющие общие части тела или общие внутренние органы. Вероятность рождения сиамских близнецов составляет примерно один случай на двести тысяч родов.
Утратив тотипотентность, эмбриональные клетки сохраняют способность давать начало различным клеткам организма. Обратите внимание – уже не целому организму, как при тотипотентности, а только лишь разным его органам. Такие клетки называются «стволовыми». Вы, наверное, слышали об этих маленьких волшебниках, способных превращаться в клетки другого типа. Стволовые клетки используются для лечения различных заболеваний. Например, при заболеваниях крови из введенных в организм пациента стволовых клеток могут вырасти новые клетки крови взамен погибших или переставших выполнять свои функции.
Стволовые клетки есть у каждого из нас. Они сохраняются и функционируют во взрослом организме, но их достаточно для обеспечения нормальной жизнедеятельности, а вот с тяжелыми болезнями они без посторонней помощи, без «интервенции» добавочных стволовых клеток, справиться не в состоянии. Опять же, по мере старения организма, количество стволовых клеток в нем уменьшается, а риск развития различных заболеваний, наоборот, увеличивается.
Первая неделя эмбрионального развития самая скучная. Ну делится зигота на тридцать две клетки, а затем продолжает делиться – и что с того? Интересное начинается дальше, когда из разных клеток начинают развиваться разные органы. Да как развиваться – с выподвывертом. Одно разовьется, а потом исчезнет или превратится во что-то другое. В XIX веке даже был сформулирован закон, согласно которому каждое живое существо в своем индивидуальном развитии, называемом «онтогенезом», повторяет (в общих чертах), формы, пройденные его предками. Имеются в виду не непосредственные предки, а предки данного биологического вида. Путь развития биологического вида называется «филогенезом». Вкратце этот закон звучит так: «онтогенез есть краткое повторение филогенеза». Запоминать его не нужно, потому что в XX веке закон был опровергнут и в настоящее время не признается. Но есть другой «созвучный» закон, который сформулировал в 1828 году российский ученый Карл фон Бэр. Закон Бэра – это закон зародышевого сходства. Согласно ему, на начальных этапах эмбрионального развития зародыши животных разных видов схожи по своему строению и этот факт является отражением единого происхождения животного мира. Сам же Бэр сформулировал свой закон так: «Чем более ранние стадии индивидуального развития сравниваются, тем больше сходства удается обнаружить».
Закон Бэра никому из критиков опровергнуть не удалось, потому что это в принципе невозможно сделать. Правильные законы неопровержимы.
Закон зародышевого сходства
Но вернемся в первую неделю эмбрионального развития. Да, это скучная неделя. Но она примечательна шансом заполучить однояйцевого близнеца или даже несколько однояйцевых близнецов. Этот шанс сохраняется на начальных этапах дробления. Клетки, образовавшиеся в результате четвертого и пятого делений, тотипотентностью уже не обладают.
К сожалению или к счастью?
Разумеется – к счастью. Двух, трех или четырех зародышей матка может приютить и выносить. На сегодняшний день рекордом считаются одиннадцать детей, рожденных от одной беременности. Но шестнадцать или тридцать два – это уже слишком. Места для всех не хватит и до жизнеспособных размеров такое количество эмбрионов доносить не удастся. Так что ну ее куда подальше, эту тотипотентность. Опять же, бластомерам нужно специализироваться по направлениям развития, чтобы дать начало разным системам органов.
К концу первой недели развития образуется бластоциста (это слово переводится с греческого как «пузырь-зачаток» или «зачаточный пузырь»). Бластоциста похожа на шар. В ней различают так называемый «трофобласт» – клетки, образующие оболочку пузыря и «эмбриобласт» – внутренние клетки, располагающиеся компактно у одного из полюсов шара. Внутри бластоциста наполнена жидкостью, которую так и тянет назвать «желтком» по аналогии с куриным яйцом. Но это не желток. Желток представляет собой собранные вместе питательные вещества птичьей или какой-то еще яйцеклетки. В человеческой яйцеклетке эти вещества распределены по всему объему цитоплазмы, а бластоцисту вообще нельзя сравнивать с птичьей яйцеклеткой, потому она (бластоциста) состоит из множества клеток.
Бластоциста
Трофобласт обеспечивает имплантацию эмбриона в матке. Это его главная задача, причем задача весьма сложная. В матке нет крючочков, за которые могла бы уцепиться бластоциста, и полочек для нее тоже нет. Нужно внедриться в эндометрий, внутреннюю слизистую оболочку тела матки и при этом подавить реакцию материнской иммунной системы. Эмбрион только наполовину свой, он имеет только половину материнских генов, а для иммунной системы «наполовину своих» не существует. Эта система организма проявляет предельный радикализм, считая чужим все, что не является однозначно и полностью своим. Если по каким-то причинам трофобласт не справится с подавлением иммунной системы матери, то никакой беременности не наступит, потому что бластоциста не сможет прикрепиться к стенке матки. Клетки трофобласта будут атакованы клетками материнской иммунной системы. Одни из этих клеток будут вырабатывать белки, разрушающие оболочку трофоблстов или делающих их неактивными, а другие, не мудрствуя лукаво, будут пожирать чужаков.
Обратите внимание на слова «беременности не наступит»! Беременность и зачатие (или оплодотворение) – это разные понятия, разделенные во времени. Зачатие происходит в момент проникновения сперматозоида в яйцеклетку, а беременность начинается с момента прикрепления бластоцисты к внутренней стенки матки. Таким образом, первую неделю эмбрионального развития можно поэтично назвать периодом «От зачатия до беременности».
Надо сказать, что клетки трофобласта по отношению к клеткам эндометрия ведут себя не самым лучшим образом. Да что там «не самым лучшим»! Просто отвратительно они себя ведут – разрушают клетки, разрывают кровеносные сосуды и протягивают к ним отростки для того, чтобы пить материнскую кровь… Бандиты-кровопийцы, вот кто такие клетки трофобласта, иммунной полиции на них нет!
Отростки, связывающие клетки трофобласта с кровеносными сосудами матки, постепенно разовьются в плаценту – эмбриональный орган, связывающий кровеносную систему плода с кровеносной системой матери. Вместе с трофобластом в образовании плаценты участвует эмбриобласт, который дает начало телу плода, потому-то его название переводится с греческого как «зачаток эмбриона». А «трофобласт» переводится как «зачаток питания» или, если точнее, – «зачаток питательной системы».
У однояйцевых близнецов плацента одна на всех, ведь они прикрепляются к стенке матки в составе одной зиготы. У многояйцевых близнецов плаценты индивидуальные, но они могут сливаться в единое целое и иметь общую соединительнотканную оболочку. В тех случаях, когда рождаются однополые близнецы, производится тщательный осмотр плаценты, которая выходит вскоре после рождения детей. Есть несколько признаков, помогающих опознать сросшуюся «многояйцевую» плаценту. На крайний случай можно взять на исследование ДНК, которая у однояйцевых близнецов будет полностью идентичной, а у многояйцевых – нет. Или же все станет ясно через год или полтора после рождения – однойцевые близнецы будут точными копиями друг друга, отличающимися разве что зеркальным расположением родинок, а многояйцевые будут иметь довольно много отличий.
Кстати говоря, у многояйцевых близнецов с «единой» плацентой может наблюдаться химеризм – клетки, содержащиеся в крови, могут попадать через анастомозы[7] между плацентами от одного близнеца к другому.
Эндометрий готовится к приему бластоцисты, делая все возможное для того, чтобы облегчить имплантацию. Он разрыхляется, утолщается, в нем интенсивно развиваются кровеносные сосуды. В акушерстве существует «правило семи миллиметров», согласно которому толщина эндометрия для наступления беременности должна составлять не менее семи миллиметров. А вообще толщина эндометрия колеблется от трех миллиметров в начале менструального цикла до двух и более сантиметров в периоде беременности.
Незадолго до имплантации происходит очень важное событие. Как по-вашему – почему первоначальные деления зиготы происходит без увеличения ее объема и ее массы? Все очень просто – разрастаться не дает оболочка яйцеклетки. Для того, чтобы эмбрион мог увеличиваться в размере, эту оболочку надо разрушить, что и делают выросты трофобласта за несколько часов до имплантации. С этого момента начинается период интенсивного роста эмбриона. Оковы сброшены – да здравствует свобода!
Имплантация – процесс длительный. Она начинается на седьмые сутки эмбрионального развития и продолжается около сорока часов, то есть из конца первой недели эмбрионального развития переходит в начало второй.
Схематическое изображение гаструляции. А – начальная стадия; Б – промежуточная стадия; В – вторая стадия (образование гаструлы)
Одновременно с имплантацией начинается другой процесс, который называется «гаструляцией». В результате гаструляции образуется эмбрион с трехслойной стенкой тела, состоящей из трех, как принято говорить, зародышевых листков. На стенке шара-бластоцисты образуется впячивание, которое постепенно увеличивается и в конечном итоге шар превращается в гаструлу, некое подобие чаши. Но между первой фазой гаструляции, которая протекает в седьмые сутки одновременно с имплантацией, и началом второй фазы проходит целая неделя. Эта неделя нужна для образования внезародышевых органов, без которых эмбрион не сможет развиваться.
Что это за органы и для чего они нужны, вы узнаете из следующей главы, а в завершение этой надо сказать о великом значении гаструляции.
То, что эмбрион любого вида многоклеточных животных в своем развитии проходит через стадию гаструлы, позволяет сделать вывод о единстве их происхождения, о том, что у всех многоклеточных животных имелся общий предок, похожий на гаструлу. И пусть вас не шокирует родство с таким созданием. Наш общий самый-самый древний предок вообще был одноклеточным организмом, проще уж, как говорится, некуда.
На этом знакомство с первой эмбриональной или третьей акушерской неделей эмбрионального развития заканчивается. Оплодотворенная яйцеклетка, пройдя через ряд делений, превратилась в многоклеточный эмбрион, а попутно с делениями дошла до матки и начала операцию по внедрению в ее внутренний слизистый слой.
А теперь давайте представим, что поверни эволюция в свое время слегка в сторону, все могло быть совсем не так. Оплодотворенная яйцеклетка, крупная, возможно – превосходящая размерами куриное яйцо и имеющая плотную кожистую оболочку, созревала бы не внутри материнского организма, а снаружи, в особой складке живота, которая называлась бы выводковой сумкой. А матки не было бы совсем, за ненадобностью. Тогда первая неделя развития эмбриона была бы совсем другой… И не было бы нужды придумывать акушерское «летоисчисление», потому что при откладке яиц со сроками все предельно ясно. А самое главное, в жизни женщин не было бы такого сложного и весьма неприятного процесса, как роды.
«Фу! – скажут или подумают сейчас многие читательницы. – Какая-то складка-сумка на животе, яйцо с кожистой оболочкой… Ну уж нет, лучше так, как есть на самом деле, пускай и с родами!»
Разумеется, то, что у нас есть всегда является самым лучшим вариантом из всех возможных. Хотя бы потому, что ничего другого у нас нет. Но в конце каждой главы мы с вами развлечения и умственной гимнастики ради будем рисовать в воображении то, что могло бы быть, если бы что-то когда-то пошло иначе.
* * *
ЭМБРИОН – ЦЕНТРУ
Добрался благополучно. Получил все необходимое. Приступил к внедрению. Следующий выход на связь – через неделю.
