1、第五章 脊椎動(dòng)物的早期發(fā)育1882 年 , 胚胎學(xué)家Von Baer 對(duì)雞胚發(fā)育進(jìn)行了詳細(xì)研究，并通過(guò)將雞胚與其他脊椎動(dòng)物胚胎比較，總結(jié)出四條規(guī)律：(1)在胚胎中，動(dòng)物的一般特征比特化特征出現(xiàn)早。所有脊椎動(dòng)物原腸作用后非常相似：都有鰓裂、脊索、脊髓和原腎，綱、目和種的特征在后期發(fā)育中才出現(xiàn)。(2)一般特征發(fā)育成較特化特征，而較特化特征最后發(fā)育成完全特化的特征。所有脊椎動(dòng)物開始都有同樣類型的皮膚，只是到后來(lái)才發(fā)育成鱗、羽毛、毛發(fā)、爪和指甲。都有脊椎動(dòng)物的附肢在早期是相同的，后來(lái)才出現(xiàn)腿、翅和臂的分化。(3)給定物種的每個(gè)胚胎，并不經(jīng)歷其他動(dòng)物的成年期特征，而是逐漸遠(yuǎn)離這些動(dòng)物的成年期特征。 鳥類

2、和哺乳類胚胎期鰓裂與魚類成體鰓裂細(xì)節(jié)上并不相同，而與魚類和其他脊椎動(dòng)物的胚胎鰓裂相似。(4)高等動(dòng)物的早期胚胎從來(lái)都不象低等動(dòng)物的成體，而只是與其早期胚胎相似。Von Baer 觀察到不同動(dòng)物在早期胚胎發(fā)育中享有一些共同特征，隨著發(fā)育的進(jìn)行，共有特征變得越來(lái)越具有種的特異性；所有脊椎動(dòng)物的發(fā)育有一個(gè)共同的模式：三胚層形成動(dòng)物不同的器官，并且三胚層形成的器官衍生物是恒定不變的。外胚層形成皮膚和神經(jīng)；內(nèi)胚層形成呼吸道和消化道；中胚層形成結(jié)締組織、血細(xì)胞、心臟、泌尿生殖系統(tǒng)以及大部分內(nèi)臟器官。第一節(jié) 神經(jīng)胚形成概述一 中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形成胚胎形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)原基即神經(jīng)管的作用稱為神經(jīng)胚的形成，而正在進(jìn)

3、行神經(jīng)管形成的胚胎稱為神經(jīng)胚。神經(jīng)胚形成主要有兩種方式：初級(jí)神經(jīng)胚形成和次級(jí)神經(jīng)胚形成。1)初級(jí)神經(jīng)胚形成是指由脊索中胚層誘導(dǎo)覆蓋于上面的外胚層細(xì)胞分裂、內(nèi)陷并與表皮脫離形成中空的神經(jīng)管。2)次級(jí)神經(jīng)胚形成是指外胚層細(xì)胞下陷進(jìn)入胚胎形成實(shí)心細(xì)胞索，接著再產(chǎn)生空洞形成中空的神經(jīng)管。魚類神經(jīng)胚形成完全是次級(jí)的兩棲類蝌蚪絕大部分屬于初級(jí)，尾部神經(jīng)管通過(guò)次級(jí)產(chǎn)生鳥類神經(jīng)胚前端屬于初級(jí)，后端(后肢以后)屬于次級(jí)小鼠等哺乳動(dòng)物，35 體節(jié)以后次級(jí)產(chǎn)生1 初級(jí)神經(jīng)胚形成脊椎動(dòng)物原腸作用產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部的內(nèi)胚層、中間的中胚層和外部的外胚層組成的三胚層胚胎。 胚胎背部的中胚層和覆蓋在上面的外胚層之間的相互作用是發(fā)育

4、中最重要的相互作用之一，將啟動(dòng)器官形成，即特異性的組織和器官的產(chǎn)生。在這種相互作用中，脊索中胚層指導(dǎo)上方的外胚層形成中空的神經(jīng)管，后來(lái)分化成腦和脊髓。初級(jí)神經(jīng)胚形成過(guò)程中，最初的外胚層被分成三種類型的細(xì)胞：位于內(nèi)部的神經(jīng)管細(xì)胞, 將來(lái)形成腦和脊髓；位于外部的皮膚表皮細(xì)胞；神經(jīng)嵴細(xì)胞，從神經(jīng)管和表皮連接處遷移出來(lái)，將來(lái)形成周圍神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)、皮膚的色素細(xì)胞和其他細(xì)胞類型。蛙的初級(jí)神經(jīng)胚形成過(guò)程如下圖，其余兩棲類、爬行類、 鳥類和哺乳類神經(jīng)胚形成過(guò)程也與蛙相似。 外胚層預(yù)定形成神經(jīng)組織的第一個(gè)標(biāo)志是細(xì)胞形狀的改變：中線處的外胚層細(xì)胞變長(zhǎng)，預(yù)定形成表皮的細(xì)胞變扁平。背中線處外胚層細(xì)胞的變長(zhǎng)使預(yù)定神

5、經(jīng)區(qū)上升到周圍外胚 層的上面，由此形成神經(jīng)板。神經(jīng)板形成后不久，邊緣加厚并向上翹起形成神經(jīng)褶。在神經(jīng) 板中央出現(xiàn)的U型溝即神經(jīng)溝，將胚胎未來(lái)的右邊和左邊分開。神經(jīng)褶向胚胎背中線遷移， 最終合攏形成神經(jīng)管。神經(jīng)管最靠背面部分的細(xì)胞變成神經(jīng)崎細(xì)胞。 蛙神經(jīng)胚形成身體不同區(qū)域的神經(jīng)管形成方式不同。頭部和軀干部分管形成主要以初級(jí)神經(jīng)胚形成方式進(jìn)行，其過(guò)程可分為五個(gè)時(shí)期：神經(jīng)板形成，神經(jīng)底板形成，神經(jīng)板的整形，神經(jīng)板彎曲成神經(jīng)溝， 神經(jīng)溝閉合形成神經(jīng)管。 2次級(jí)神經(jīng)胚形成次級(jí)神經(jīng)胚形成包括髓索形成及其隨后空洞化成為神經(jīng)管。在蛙和雞胚中，通常在腰椎和尾椎形成時(shí)能觀察到這種類型的神經(jīng)胚形成。在這兩種情況下，

6、次級(jí)神經(jīng)胚形成可看作是原腸作用的繼續(xù)。 但是，背唇細(xì)胞并不卷入胚胎內(nèi) ，而是在腹面不斷生長(zhǎng)。胚唇端部不斷生長(zhǎng)的區(qū)域稱為脊索 神經(jīng)較合，包含神經(jīng)板最后端和脊索后端部分。脊索神經(jīng)較合區(qū)的生長(zhǎng)把大致呈球形的非洲爪蟾原腸胚（1.2 mm）轉(zhuǎn)變成為9 mm的蝌蚪，其尾部是背唇的直接衍生物， 而排列在胚孔 內(nèi)四周的細(xì)胞則形成神經(jīng)腸管。神經(jīng)腸管末端部分與肛門融合，而遠(yuǎn)端部分成為室管膜腔即神經(jīng)管腔。3腦區(qū)形成神經(jīng)管同時(shí)在三個(gè)層次水平上分化成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的不同區(qū)域。在解剖學(xué)水平，神經(jīng)管及其管腔膨脹和收縮而形成腦室和脊髓的中央管。在組織學(xué)水平，神經(jīng)管壁細(xì)胞發(fā)生重排而形成腦和脊髓不同的功能區(qū)域。在細(xì)胞學(xué)水平，神經(jīng)上

7、皮細(xì)胞本身分化成身體中不同類型的神經(jīng) 元和神經(jīng)膠質(zhì)。大多數(shù)脊椎動(dòng)物腦的早期發(fā)育都是相似的。哺乳類早期神經(jīng)管是筆直的，在神經(jīng)管后部形成之前，前端已發(fā)生劇烈變化，膨大 成三個(gè)原始的腦泡：前腦、中腦、菱腦。神經(jīng)管后端合攏時(shí)，次生膨大眼泡已經(jīng)從正在發(fā)育的前腦兩側(cè)凸出來(lái)。前腦再細(xì)分為前端的端腦和稍后的間腦。端腦最終形成大腦兩半球，間腦形成丘腦和下丘腦以及接收來(lái)自視神經(jīng)輸入端區(qū)域。視網(wǎng)膜也是間腦的衍生物。中腦不再細(xì)分，其腔最終形成大腦導(dǎo)水管。菱腦細(xì)分為后部的髓腦和稍前端的后腦。髓腦最終形成延髓，后腦形成小腦。早期胚胎腦非常膨大， 不僅表現(xiàn)在膨大速度和程度上，而且表現(xiàn)在膨大主要是腔的增加而不是組織生長(zhǎng)的結(jié)果

8、。據(jù)認(rèn)為：這種迅速膨脹是由神經(jīng)管里的液體擠壓管壁而產(chǎn)生的正向液壓造成的。二神經(jīng)崎神經(jīng)崎盡管來(lái)源于外胚層， 由于其重要性而被稱為第四胚層。神經(jīng)崎細(xì)胞起源于神經(jīng)管最靠背部的區(qū)域。神經(jīng)崎細(xì)胞廣泛遷移，產(chǎn)生各種類型的分化細(xì)胞，主要包括：感覺(jué)、交感和副交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)；腎上腺中產(chǎn)生腎上腺素（髓質(zhì)）的細(xì)胞；表皮色素細(xì)胞；頭骨和結(jié)締組織成分。神經(jīng)崎細(xì)胞的命運(yùn)很大程度上取決于其遷移和定居的位置。 神經(jīng)崎可分成 4個(gè)主要的功能部分。衍生細(xì)胞類型或衍生物的結(jié)構(gòu)周圍神經(jīng) 系統(tǒng)內(nèi)分泌和 類內(nèi)分泌 衍生物 色素細(xì)胞 面部軟骨 和硬骨結(jié)締組織神經(jīng)兀，包括感覺(jué)神經(jīng)節(jié)、 交感和副交感神經(jīng)節(jié)和神 經(jīng)叢；神經(jīng)膠質(zhì)；

9、施萬(wàn)細(xì) 胞。腎上腺髓質(zhì)；降鈣素分泌 細(xì)胞；頸動(dòng)脈體I型細(xì)胞上皮色素細(xì)胞面部和前腹側(cè)的顱軟骨和 硬骨角膜內(nèi)皮和基質(zhì)；牙齒乳 頭；頭部和頸部皮膚的真 皮、平滑肌和脂肪組織； 唾液腺、淚腺、甲狀腺、 胸腺和垂體的結(jié)締組織； 動(dòng)脈弓發(fā)出動(dòng)脈的結(jié)締組 織和平滑肌神經(jīng)崎部分衍生物第二節(jié)中胚層神經(jīng)胚期中胚層可分成 5個(gè)區(qū)域。第一個(gè)區(qū)域是位于胚胎背面中央的脊索中胚層，形成脊索。脊索是一種誘導(dǎo)神經(jīng)管形成以及前后軸建立的臨時(shí)器官。第二個(gè)區(qū)域是背部體壁中胚層，形成體節(jié)和神經(jīng)管兩側(cè)的中胚層細(xì)胞，將來(lái)產(chǎn)生背部許多結(jié)締組織（骨、肌肉、軟骨和真皮）。第三個(gè)區(qū)域是中段中胚層，形成泌尿系統(tǒng)和生殖器官。第四個(gè)區(qū)域是離脊索較遠(yuǎn)的側(cè)

10、板中胚層，形成心臟、血管、 血細(xì)胞以及體腔襯里和除肌肉外四肢所有中胚層成分。此外， 側(cè)板中胚層也形成一系列的胚胎外膜，胚胎外膜在給胎兒輸送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中起重要作用。最后一個(gè)區(qū)域是頭部間質(zhì)，形成面部結(jié)締組織和肌肉。一 脊索和體節(jié)分化1 軸旁中胚層中胚層和內(nèi)胚層器官的形成并非發(fā)生在神經(jīng)管形成之后，而是同步發(fā)生。脊索呈棒狀，從頭基部延伸到尾部；在脊索兩邊是加厚的中胚層帶，即軸旁中胚層。軸旁中胚層帶在鳥類被稱為體節(jié)板，在哺乳類稱為不分節(jié)中胚層。隨著原條退化和神經(jīng)褶開始在胚胎中央合攏，軸旁中胚層分隔成細(xì)胞模塊，稱為體節(jié)。盡管體節(jié)是臨時(shí)結(jié)構(gòu), 但在組建脊椎動(dòng)物胚胎的分節(jié)模式中極其重要。體節(jié)能決定神經(jīng)嵴細(xì)胞的遷

11、移路徑和脊髓的神經(jīng)軸突。體節(jié)產(chǎn)生構(gòu)成脊椎和肋骨、背部皮膚真皮和骨骼肌以及體壁與四肢骨骼肌肉細(xì)胞。2 體節(jié)小體和體節(jié)形成第一對(duì)體節(jié)在胚胎前端形成。新體節(jié)以規(guī)則的間隔從吻端軸旁中胚層“萌發(fā)”。由于胚胎速度略有變異，體節(jié)數(shù)目通常是發(fā)育進(jìn)程最佳指標(biāo)。體節(jié)總數(shù)具有種特異性。體節(jié)的形成機(jī)制尚未很好研究。對(duì)雞胚的研究顯示, 體節(jié)板細(xì)胞組織形成輪狀，稱為體節(jié)小體。 隨著最前端的體節(jié)小體變成致密結(jié)構(gòu)，體節(jié)小體便轉(zhuǎn)變成體節(jié)。從松散的體節(jié)小體轉(zhuǎn)變成上皮性體節(jié)與兩種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白（纖連蛋白, N 細(xì)胞選擇蛋白）的合成有關(guān)。這些蛋白的合成受notch1 和 paraxis 的表達(dá)調(diào)控。notch1 基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子在

12、不分節(jié)背部中胚層最前端區(qū)域有活性，paraxis 也編碼一種轉(zhuǎn)錄因子，在小鼠和雞胚吻端不分節(jié)中胚層表達(dá)。3 體節(jié)細(xì)胞分化當(dāng)體節(jié)最初形成時(shí), 任何體節(jié)細(xì)胞都能變成所有體節(jié)衍生的結(jié)構(gòu)。但是，隨著體節(jié)成熟，體節(jié)各區(qū)定型只能形成一定的細(xì)胞類型。體節(jié)腹中部細(xì)胞經(jīng)過(guò)有絲分裂失去圓形上皮細(xì)胞特征，再度變成間充質(zhì)細(xì)胞, 最終變成脊椎的軟骨細(xì)胞。產(chǎn)生這些細(xì)胞的體節(jié)部分稱為生骨節(jié)。軟骨細(xì)胞負(fù)責(zé)分泌軟骨特有的膠原和硫酸軟骨素以及負(fù)責(zé)構(gòu)建軸性骨骼（脊椎、 肋骨、軟骨和韌帶）。體節(jié)側(cè)面細(xì)胞形成四肢和體壁肌肉前體。一旦生骨節(jié)細(xì)胞和體壁及四肢肌細(xì)胞前體從體節(jié)中遷移出來(lái)，最靠近神經(jīng)管的體節(jié)細(xì)胞向腹面遷移，保留下來(lái)的體節(jié)上皮形

13、成雙層實(shí)心上皮，稱為生皮肌節(jié)。生皮肌節(jié)的背層稱為生皮節(jié)，產(chǎn)生背部皮膚的間充質(zhì)結(jié)締組織即真皮，而其內(nèi)層細(xì)胞稱為肌節(jié)，產(chǎn)生橫跨脊椎使背部能夠彎曲的脊椎肌肉。因此，體節(jié)對(duì)身體背部的形成至關(guān)重要。脊索細(xì)胞的變化在為早期胚胎提供完整的體軸和誘導(dǎo)背部神經(jīng)管形成之后，大部分脊索退化，在脊椎之間，脊索細(xì)胞形成椎間盤的組織髓核。二 側(cè)板中胚層并非所有中胚層套膜都形成體節(jié)。中段中胚層與體節(jié)中胚層毗連。中段中胚層細(xì)胞索發(fā)育成前腎管，即腎和生殖管道前體。中段中胚層每邊的外側(cè)為側(cè)板中胚層。側(cè)板中胚層在水平方向上分成背部位于外胚層下方的背部體節(jié)中胚層和腹部位于內(nèi)胚層上方的臟壁中胚層。體節(jié)中胚層和臟壁中胚層之間是體腔，從未

14、來(lái)頸區(qū)延伸到身體后部。在胚胎發(fā)育后期，右邊和左邊體腔融合，并從體節(jié)中胚層伸出皺褶，將體腔分成分離的腔。在哺乳類，體腔又分成分別包裹胸、心臟和腹部的胸膜腔、圍心腔和腹膜腔。產(chǎn)生中胚層體節(jié)和身體襯里的機(jī)制在整個(gè)脊椎動(dòng)物的進(jìn)行中幾乎沒(méi)有改變。1 胚外膜的形成在爬行類、鳥類和哺乳類動(dòng)物中，胚胎發(fā)育出現(xiàn)了新變化。爬行類進(jìn)化出一種機(jī)制：把卵產(chǎn)在干燥的陸地上，使他們能夠自由地探尋遠(yuǎn)離池塘的生境。爬行類發(fā)展4 套胚外膜，用以調(diào)節(jié)胚胎和環(huán)境之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)在干燥陸地發(fā)育。雖然哺乳類進(jìn)化出胎盤，取代蛋殼，但基本圖式不變。在正在發(fā)育的爬行類、鳥類和哺乳類動(dòng)物中，胚胎本身和胚外區(qū)域之間起初無(wú)明顯差別。隨著胚體逐漸形成

15、，邊緣上皮不均等分裂，產(chǎn)生體褶，把胚胎和卵黃分開，并勾畫出胚胎本身和胚外結(jié)構(gòu)的輪廓。體褶是位于中胚層上的外胚層和內(nèi)胚層上皮擴(kuò)展而成的。外胚層和中胚層混合體常被稱為體壁層，形成羊膜和卵膜；內(nèi)胚層和中胚層混合體被稱為臟壁層，形成卵黃囊和尿囊。內(nèi)胚層或外胚層組織作為功能性上皮細(xì)胞發(fā)揮作用，而中胚層的功能則是形成進(jìn)出內(nèi)胚層和外胚層上皮的血液。羊膜分泌羊水為胚胎提供了水環(huán)境。因此產(chǎn)于陸地的卵其胚胎仍然在水中發(fā)生。卵膜在卵和環(huán)境之間進(jìn)行氣體交換，哺乳動(dòng)物的卵膜進(jìn)化為胎盤。尿囊貯存尿廢物并調(diào)節(jié)氣體交換。爬行類和鳥類的尿囊是一個(gè)大囊，保存有毒新陳代謝產(chǎn)物。哺乳類的尿囊大小和胚胎排出的含氮廢物的效率有關(guān)，人類僅

16、是一個(gè)殘存的囊，豬則是一個(gè)體積大且功能重要的器官。卵黃囊是形成的第一個(gè)胚外膜，為正在發(fā)育的爬行類和鳥類胚胎輸送營(yíng)養(yǎng)。卵黃囊由內(nèi)胚層細(xì)胞在卵黃上生長(zhǎng)，并把卵黃包裹起來(lái)，通過(guò)一個(gè)開放管道與中腸相連接。所有卵黃囊壁與消化管壁是連續(xù)的。2 心臟形成循環(huán)系統(tǒng)是側(cè)板中胚層的最大功能之一。循環(huán)系統(tǒng)由心臟、血細(xì)胞和復(fù)雜的血管系統(tǒng)組成，為正在發(fā)育的脊椎動(dòng)物胚胎提供營(yíng)養(yǎng)。循環(huán)系統(tǒng)是正在發(fā)育的胚胎中的第一個(gè)發(fā)揮功能的系統(tǒng)，心臟是第一個(gè)發(fā)揮功能的器官。脊椎動(dòng)物的心臟起源于臟壁中胚層的兩個(gè)區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域與鄰近組織相互作用決定心臟發(fā)育。 心臟形成細(xì)胞遷移到腹中線位置，并融合成一個(gè)由能收縮的肌細(xì)胞構(gòu)成的管狀心臟。管狀心臟

17、扭曲后成具有單個(gè)心房和單個(gè)心室的S 形結(jié)構(gòu)。隨著心臟繼續(xù)發(fā)育，心室形成層狀結(jié)構(gòu)，并以比心房更快的速度增殖，隔膜把心腔隔開，形成瓣膜。3 血管的形成(1) 對(duì)血管形成的限制有三種因素能限制血管構(gòu)建。第一種限制因素是生理的，第二種限制因素是進(jìn)化的，第三種限制因素是物理的。(2) 血管形成由中胚層形成血管稱為血管形成。在腸、 肺和主動(dòng)脈以及排列在卵黃囊內(nèi)壁中胚層中，毛細(xì)血管網(wǎng)均在各自組織內(nèi)單獨(dú)形成。即由每個(gè)器官中胚層所包含的稱為成血管細(xì)胞的細(xì)胞自身排列形成毛細(xì)血管，這些毛細(xì)血管網(wǎng)最終連接到主動(dòng)脈血管延伸的小血管上。有三種因子可能參與啟動(dòng)血管的形成。1、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子。是中胚層細(xì)胞形成血管細(xì)胞

18、所必須。2、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子。能夠特異性的促進(jìn)成血管細(xì)胞分化，并促進(jìn)成血管細(xì)胞分裂增殖，形成內(nèi)皮管。3、血管生成素。調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞核平滑肌之間的相互作用。(3) 血管的迅速生長(zhǎng)在肢芽、腎和大腦等器官中，存在血管能迅速生長(zhǎng)，并把內(nèi)皮細(xì)胞送到正在發(fā)育的器官中。這種由原先存在的血管增殖而形成新血管的血管形成方式稱為血管生長(zhǎng)。血管生長(zhǎng)對(duì)任何組織的生長(zhǎng)，甚至腫瘤的生長(zhǎng)都是至關(guān)重要的。(4) 胚胎血循環(huán)血液進(jìn)入哺乳動(dòng)物胚胎心臟之后，被泵進(jìn)包繞咽部并將血液帶到背部的一系列動(dòng)脈弓中。主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈在胚胎發(fā)育的大部分時(shí)間都具有一個(gè)共同的開口通向心臟。在動(dòng)脈干中形成隔膜而產(chǎn)生兩個(gè)不同的血管。只有當(dāng)新生命出現(xiàn)第一次呼

19、吸時(shí)，心臟發(fā)生改變，把血液分別泵到肺動(dòng)脈和主動(dòng)脈。第三節(jié)內(nèi) 胚 層一咽胚胎內(nèi)胚層的功能是構(gòu)建體內(nèi)兩根管道的襯里。第一個(gè)管道是消化道，肝、膽囊和胰腺即由此道凸出形成。第二個(gè)管道是呼吸道，由消化道向外生長(zhǎng)形成，最終分叉形成肺。消化管和呼吸管在胚胎前端區(qū)域有共同的腔室，稱為咽。咽向外凸起形成的上皮外囊，產(chǎn)生扁桃體、甲狀腺、胸腺和甲狀旁腺。呼吸管和消化管均起源于原腸。隨著內(nèi)胚層向胚胎中央擠壓，出現(xiàn)前腸和后腸區(qū)域。起初口端由被稱為原口的外胚層堵塞。最后(人胚胎發(fā)育22 天后 )原口破裂，形成消化管開口。消化管和呼吸管的內(nèi)胚層部分開始于咽。二消化管及其衍生物在咽后部，消化管緊縮形成食管，其后依次為胃、小腸和大腸。內(nèi)胚層細(xì)胞只產(chǎn)生消化管的