От икры к плаценте
И глаголил он: раститеся и множитеся, и наполните воды, яже в морях, и птицы да умножатся на земли.
"Раститеся и множитеся" это, конечно, здорово, но есть одна проблема: сохранение потомства. Начинается эта проблема с момента слияния гамет.
Представители некоего вида, обитающие в тёплых водоёмах, могут размножаться очень просто: выпускать гаметы прямо в воду. В данном случае половые клетки сливаются, образуют зародыши, которые растут, превращаясь во взрослых особей. Механизм продолжения рода работает, но, в водоёме могут обитать представители других видов, которые не прочь полакомиться беззащитными икрой/личинками/молодняком.
Как быть? Можно производить огромное количество гамет и заваливать ими всё вокруг в надежде на то, что этот "zerg rush" позволит хоть кому-то дожить до половозрелого состояния. Можно складывать икру в укромное местечко, в довесок организовав охрану.
Некоторые рыбы додумались носить икру в себе: инкубатор в данном случае – ротовая полость самки.
Пикантный факт!
Вынашивание икры в ротовой полости, помимо защиты, у некоторых видов играет важную роль в увеличении процента оплодотворенных икринок. После вымётывания самка собирает лежащие на дне икринки.
Желтые пятна на анальном плавнике самца, рядом с которым находится протоки половых желез, напоминают икринки. Псевдотрофеус ложится на дно, демонстрируя изображения икринок самке. Та, пытаясь их собрать, стимулирует плавник. Что происходит дальше, полагаю, понятно и без упоминания деталей. После оплодотворения икра и появляющиеся из нее мальки развиваются под полной опекой самки.
Выход на сушу добавил проблем: икре, которой предначертано развиваться в воде, сложно сохранить и развить в себе жизнь, так как на открытом воздухе происходит обезвоживание, а перепады температуры могут в один миг сделать икру безжизненной. С обезвоживанием помогла справиться скорлупа, с перепадами температуры – высиживание яиц.
Более эффективный способ создать для яйца стабильные условия – не откладывать его, позволив развиваться эмбриону внутри яйца, находящегося внутри материнского организма. Яйцо находится в яйцекладе, растущий организм питается запасенными в пределах скорлупы питательными веществами, как и в случае откладывания яйца. В завершении готовый к самостоятельной жизни организм вылупляется из яйца прямо внутри матери, и появляется на этот свет. Всё описанное называется яйцеживорождением.
Вернувшись в водную среду мы сможем обнаружить виды, которые так же выводят потомство внутри себя, но, без образования яйца с твердой скорлупой. У некоторых акул икра развивается внутри самки, акулята появившиеся на свет раньше всех, израсходовав начинают питаться своими совсем слабыми собратьями. В результате всего этого из нескольких десятков зародышей остается один или два акулёнка. Такой тип появления на свет называется живорождением.
Уникальные обитатели морей – морские коньки. У большинства видов, относящиеся к этому роду рыб, потомство выхаживает самец, а не самка. Последняя мечет икру в специальный выводковый карман на брюшке самца, там происходит оплодотворение и дальнейшее развитие икры. Второй особенностью морских коньков является то, внутренние, складчатые стенки выводковой сумки пронизаны плотной сетью кровеносных сосудов.
Развивающиеся эмбрионы обосновываются между складками, обеспечивая себе плотный контакт со стенкой выводковой сумки. Это позволяет развивающемуся организму получать всё необходимое для развития прямиком из отцовской крови.
У яйцеживородящих и живородящих, развивающийся организм взаимодействует с родительским без сложных межклеточных и межтканевых связей или этого взаимодействия вовсе нет. Отчасти это можно связать с тем, что эмбрион для материнского организма является генетически чужеродным и любая попытка образовать тканевую связь приводит к негативной ответной реакции – воспалению и отторжению эмбриона.
Утконосы и ехидны, являясь самыми архаичными представителями прогрессивного класса млекопитающих, из-за примитивного устройства мочеполовой системы, остановились на откладывании яиц. Кенгуру, опоссумы и другие сумчатые перешли к вынашиванию эмбриона внутриутробно, но, внутриматочное развитие плода происходит без образования плаценты.
Эмбрион некоторое время развивается внутри матки не образуя связи с ее стенками. В определенный момент плод начинает взаимодействовать со слизистой оболочкой матки - эндометрием. Последний, в результате иммунного ответа материнского организма, воспаляется, провоцируя роды. Маленький, недоразвитый кенгурёнок покидает материнский организм и переползает в специальную сумку, в которой завершает развитие.
Сумчатые остались бы самыми прогрессивными в вопросах вынашивании потомства, если бы не появилось несколько групп млекопитающих, обретших способность образовывать внутриутробную связь. Это достижение стало следствием важных изменений: и в материнском организме и в эмбрионе появились ткани, которые совместно образуют плаценту.
У эмбрионов на ранних этапах развития появляется специальные клетки, образующие особую структуру - трофобласт, который способен внедряться в стенку матки. Цель этой ткани – прорасти в толщу, разрушая клетки материнского органа, добраться до кровеносных сосудов. Клетки трофобласта по мере проникновения в стенку матки начинают сливаться друг с другом, т.е., если очень условно: получается одна большая клетка, которая "щупальцами" пронизывает матку. Слившись в единую структуру трофобласт превращается в синцитиотрофобласт, поставляющий питательные вещества из материнской крови эмбриону.
Способность клеток трофобласта сливаться друг с другом появилась благодаря вирусам, которые когда-то заражали млекопитающих. Вирусная генетическая информация встроилась в ДНК плацентарных, подарив их эмбрионам чудесную способность создавать синцитиотрофобласт, добывающий питательные вещества и кислород.
Параллельно с этим всем у самок плацентарных в матке появились децидуальные клетки, одной из функций которых, является иммуносупрессия – подавление иммунитета. Имплантация зародыша в эндометрий вызывает воспаление, которое постепенно подавляется "противовоспалительным" действием децидуальных клеток. Кроме этого, упомянутые клетки контролируют глубину имплантации тканей эмбриона в ткань стенок матки: слабая инвазия может приводить к прерыванию беременности, глубокая – угрожает здоровью и жизни матери.
Появление плаценты позволило значительно увеличить срок беременности, что привело к возникновению более прогрессивных биологических видов. У разных групп млекопитающих плацента появлялась благодаря инфицированию разными вирусами в разные эволюционные периоды. Поэтому существует несколько типов плацент, отличающихся друг от друга структурой и степенью взаимоотношения материнского организма и эмбриона.