Ембрионално развиће торбара

  Развиће представља складно регулисан процес у коме долази до прогресивног изражаја структурне и функционалне модификације система, било да се ради о једној ћелији или вишећелијском организму. Крајњи ефекат процеса развића јесте успостављање изузетно сложеног облика живог система. Познавање и разумевање процеса развића животиња имају наручити значај, и то са становишта:  

• Разумевање различитих тератолошких аномалија на првим ступњевима развића, чије разумевање би омогућило њихово ублажавање;
•  Разумевање и контрола онтогеније омогућила би боље разумевање процеса старења код животиња, које започиње још током ембрионалног развића; 
• Знање из ове области би омогућило контролу размножавања и развића, како код животиња тако и људи.

 Овим радом Вам представљамо основе ембрионалног развића Marsupialia , и њихове разлике у односу на друге плаценталне сисаре услед географске изолације.  

 Опште карактеристике MARSUPIALIA   

Торбари су у много чему слични групи Eutheria, од којих се знатније разликују у неким карактеристикама репродукције. То су сисари који рађају непотпуно развијене младунце. Младунци се рађају у врло раној фази, а онда настављају да се развијају држећи се чврсто за мајчино тело. У тренутку рођења младунче је сићушно, слепо, голуждраво, без потпуно формираних удова. Неки торбари, попут кенгура и вомбата, имају велике кожне торбе око брадавица, док остали скоро и да немају торбе. Marsupialia су имали паралелну адаптивну радијацију са групама Eutheria у области Аустралије и региону Неутропа. Већина торбара живи у Аустралији где захваљујући географској изолацији нису имали компетицију за простором и храном. Нестали су са простора Северне и Јужне Америке услед борби за опстанак са новим групама еутерија. Сад просторе Северне Америке насељава само врста америчког опосума (лат. Didelphis virginiana) 

Основне карактеристике репродуктивног система и онтогенетског развића   

Овидукти су код торбара парни и диференцијални су на делове који одговарају утерусима и дисталним вагинама. Код многих врста постоји и средишњи дивертикулум (лат. Sinus vaginalis) који служи као канал за рађање младих што је аутапоморфна одлика. Бочне вагине су копулаторни делови гениталног тракта. Пенис тробара јењ рачваст на врху код неких врста, тако да се сперматозоиди уносе у оба генитална канала женке. Вивипарија је код торбара у много чему различита од оне код еутерија. Јајна ћелија марсупиалија има релативно много виталусног материјала који је покривен албуменом и опном јајета. Код неких група постоји хориовителусна плацнта док је хориоалантоисна плацента веома ретка. Код многих марупиалија, плацента је релативно слабо развијена умсето тога зид вителусне кесице апсорбује хранљиве секрете утеруса. Пренатални живот ембриона је веома кратак – трудноћа је, осим у ретким случајевима, краћа од дужине трајања циклуса еструса. У одсуству трофобласта, ембрион није заштићен од имунолошких реакција одбацивање од стране мајке, тако да дужа гестација није могућа. Такође, не постији посебан имуни систем који би штитио фетус од мајчиних антитела. Танка опна штити јаје од рекације од утеруса на очеве антигене. Ова заштита је кратка и младунац је рађа само 10 до 12 дана по разбијању опне јаја. У том моменту, органогенеза многих морфолошких целина није далеко одмакла (нпр. Преграда у нову срца је непотпуна, у плућима нема рразвијених алвеола, док у бубрезима нису диференцирални гломерулуси). Недостају формирани главени нерви од II-IV, као VI пар, затим пигмент мрежњаче, очни капци, и церебралне комисуре. По рођењу, младунац пузи до марсупијалне кесе коју има већина женки торбара, и везује се за брадавице сиса.Разрасле усне обухватају брадавицу која се пружа дубоко у ждрело. Иза ниво отвора ларинкса. То омогучава да се млеко убацује дубоко у ждрело младих, а да притом не долази до гушења. Младунче дуго налази заштиту у марсупијуму где се, захваљујући дуготрајној лактацији, и храни.  

  Настанак, еволуција и изолација   

Торбари се у фосилном материјално јављају први пут током креде. Претпоставља се да су њихови непосредни преци припадали групи Eupantotheria †. Торбари креде биле су мала животиње са омниворном или инсекторном исхраном. Вероватно су настали на просторима данашње Северне Америке, одакле су се проширили на Јужну Америку током креде или почетком кенозоика. У Европу су торбари стигли у еоцену, где су остали током миоцена, када нестају са овог континента. Торбари су у Аустралију стигли из Ј. Америке, преко Антартрика.   Дуго, током своје еволуционе историје, торбари су били изоловани од осталог света на две континенталне масе – у Ј.Америци и Аустралији. Ј.Америка се одвојила од С.Америке током раног терцијара, задржавајући тада фауну торбара и неких примитивних еутерија. Током касног терцијара, С. и Ј.Америка поново долазе у контакт и тада већина торбара нестаје у компетицији са новим групама еутрија које су дошле са севера. Захваљујући изолацији Аустралије још од времена еуцена, у одсуству компетиције са еутеријама, торбари доживљавају интензивну адаптивну радијацију остајући и данас доминантна група сисара на овом континенту.  

  Систематика и преглед основних група     

Торбари су традиционално укључивали две основне групе. Групи Polyprotodontia припадају више примитивни и генерализовани торбари.Они имају карниворни или инсективорни начин исхране и широко распрострањење. Diprotodontia имају низ морфолошких специјализација за хербиворну исхрану. Основна разлика између ове две групе је постојање више од три пара инцизива у горњој вилици код групе Polyprotodontia. Већ дуже време, класификација торбара се заснива на постојању четри основне групе. Групе Marsupicarnivora и Polyprotodontia су са већим бројем породица, док су групе Paramelina и Paucituberculata са једном и две породице.  

  Неке од значајнијих породица су:     

• Опосуми (лат.Didelphidae) то су у много чему најпримитивнији и уједно једна од најстаријих породица торбара са највише генерализованих одлика.  
• Породица Dasyuridae оне често не поседују марсупијум, ако постоји он је релативно слабо развијен. Ту припадају врсте попут тасманијског ђавола (лат.Sarcophilus harrisii), торбарски мравоје или нумбат (лат.Myrmecobius fasciatus), тасманијски вук (лат.Thylacinus cynocephalus) итд.  
• Једина врста породице Phascolarctidae је коала (лат.Phascolarctos cinereus) то је веома специјализовани хербивор који се храни лишћем неких врста еукалиптуса. 
•  Чланови породице кенгура (лат. Macropodidae) су еколошки еквиваленти неки унгулата у погледу локомоције и исхране. Хербиворна исхрана довела је до низа конвергентних сличности у грађи лобање, зубног система па чак и дигестивног тракта.  

  Ток ембрионалног развића

Пренатални живот ембриона је веома кратак (30-40 дана) и младунци се рађају јако ситни и беспомоћни, пре чему порођај не прекида мајку у обављању уобичајних активности. Младунче пузи до марсупијалне кесе, где наставља развиће док потпуно не одрасте. У самом почетку младунче устима обухвата брадавицу млечне жлезде и срасте са њом, а мајка му посебним мишићима сама убризгава млеко у уста. Гркљан је издигну горе и ослања се на унутрашње носне отворе и choanae, тако да младунче може непорестано да дише и за време сиања. Код многих торбара, женка може да се пари два дана након порођаја али развој новоствореног ембриона се зауставља на ступњу бластоциста од 80 ћелија и остаје у стању мировања и до 11 месеци, ондосно све док претходно рођено младунче не напусти мајчину торбу.

    Ток развића ембриона у материци  

• Дан 0: ооците које достижу зрелост се налазе у оваријуму. Различите јајне ћелије се налазе у различитим фазама профазе 1 мејозе. Ооците имају избраздану кору углавном без жуманцета, на којој се налази герминативна везикула а у унутрашњости веома жуманцентна цитоплазма. Са антралне стране покривене су са 2-3 слоја ћелија кумулуса. Већина ооцита профазе 1 мејозе има 1-2 слоја ћелија кумулуса на антралној страни ооците и слој еозинофилних гранула испод слоја ћелија кумулуса . Долази до формирања простора између zona pellucida и ћелија кумулуса. Како мејоза напредује повећава се број еозинофилних гранула и ооците се све више ослобађају од околних ћелија. Употпуности слободне ооците се налазе у периодима од телофазе 1 до метафазе 2.   
• Дан 1: долази до оплођења јајне ћелије. Зигот када дође до утеруса налази се у фази пронуклеоса, жуманце је поларизовано; и онда су покривена слузним слојем и лепљивим омотаче. На крају првог дана зигот може да се нађе у стању да се жуманце одваја од цитоплазме у стању двоћелијског ембриона или у стању 2-3 ћелије.   
• Дан 2: ембрион се може наћи у стању 4 бластомере и у касном стању 4 бластомере када се ћелије заравњавају у припреми за следећу деобу, и у процесу меридиалне деобе када прелази у осмоћелијски стадијум. Пречник ембриона се повећава почетком другог дана делом због повећања површине омотача и слојева зоне пелуциде, а и због саме експанзије унутар зоне пелуциде.  
• Дан 3: Ембрион од 4-8 ћелија се могу наћи рано током овог дана. Зона пелуцида је прекривена спљоштеним ћелијама. Углавном, зона пелуцида која је у непосредној близини жуманцетне масе бива прва прекривена, и то мањим ћелијама горњег слоја, док се зона пелуцида са супротне стране жуманцентне масе покрива касније и то крупнијим ћелијама доњег слоја. Завршетакл формирања бластодерма и експанзија бластоцела се асоциране са проширењем унутар зоне пелуциде и сажимањем мукозног слоја.   
• Дан 4: Током овог дана ширеће, сферичне, униламинарне бластоцисте су са две популације ћелија. Мале ћелије са тамним мрљама са асоциране са вегетативним полом, док су веће ћелије са светлим пегама налазе на анималном полу. Повремено тамне, дегенеришуће, округле ћелије се могу наћи у бластоцелу заједно са жуманцетном масом.   
• Дан 5: Бластоцисти задржавају јајолик облик током већине петог дана, али на крају почиње њихово заокругљибање. Број ћелија се повећа на око 1000 и жуманцетни садржај се смањује. Све ћелије бластоме су униформог изгледа током петог дана.   
• Дан 6: Током овог дана долази до појаве првих примитивних ендодермних ћелија након што се бластоцит још више прошири и поприми сферичан облик. Током овог дана налази се мешавина јајоликих бластоциста сличних онима током петог дана, и два различита типа сферичних бластоциста. Код мањих сферичних бластоциста нема разлике између ћелија. Код великих сферичних бластоциста присутне су два једнако заступљена типа ћелија, тамних и бледих, раздвојених сутуром. Разлика између ова два типа ћелија се огледа у интензитету мрља и колочини грануларног материјала у цитоплазми. Промене у облику бластоциста и релативни број тамних и бледих ћелија током 4. ,5. и 6. дана сугерише да током четвртог дана, када се бледе ћелије брже деле, део бластодерма које оне заузимају се проширује и формира шири део јајоликог бластоциста. Бластоцист се заокругљује касно током петог дана јер долази до повећања у броју тамних ћелија, све док се љихов број неизједначи са бледим ћелијама, ђто доводи до проширења ужег дела јајоликог бластоциста. Тамне ћелије су ћелије ембриобласта док се бледе ћелије, ћелије трофоектодерма. Код великих бластоциста долази до пролиферације примитивних ендодермних ћелија. Код примитивних ендодермних ћелија долази до појаве многобројних мрља, оне се заокругљују и истурују у бластоцел пре него што се раздвоје од ћелија које их прекривају. Ћелије које се налазе у близини или изнад ендодермних ћелија задобијају правоугаони облик, постају интензивно базофилне и код њих није уочљив нуклеолус. Оне формирају примитвни ектодерм или епибласт.  
• Дан 7: Примитивне ендодермне ћелије настављају да пролиферишу током седмог дана и формирају некомплетан прекривач бластоциста. На овом стадијуму преостале спољашње ћелије ембриобласта се трансформишу у примитивни ектодерм. Испод примитивног слоја ектодерма, ћелије ендодерма формирају континуирани слоја заравњених ћелија, док изван зоне ембриобласта ендодермне ћелије се проширују као дисконтинуирани слој или ретикулум испод трофоектодерма док не прођу екватор бластоциста.  
• Дан 8: формирање биламиларног бластоциста се завршава током прве половине овог дана. Бластоцист је у потпуности обложен примитивним ендодермним ћелијама, иако је његов слој на хемисфери супротно од епибласта у виду ретикулума, а не у виду континуираног епителијума. Мала количина жуманцента се запажа у мањим бластоцистама док је код већих нема. Како бластоцист повећава своју величину ембриобласт се мења из кружне у овалну структуру. У епибласту се запажа повећање густине ћелија у централном делу што је прекурсор формирања примитивне траке.  Триламинарни бластоцист се формира током друге половине осомг дана. Примитивна трака је јасно дефинисана у епобласту крушколиког облика. Мезодерм достиже до ивица епибласта и примитивни ендодерм формира континуирани слој епителијума који прекрива све делове бластоциста.  
• Дан 9: је најранији стадијум када се запажа фаза сомита. Срце, које је у виду једне спољашње веци, куца у овој фази. Глава, која је прекирвена главеним набором амниона, је увучена у бластоцист. Нервни канал је антериорно затворен изузев нервне поре, а постериорно отворен иза нивоа срца. Примитивна трака је присутна на постериорном крају ембриона и долази до формирања репног набора амниона. Ембрион поседује три ждрелна лука. Уочавају се сочива и отичне плакоде као и набори сва четири екстремитета. Ови бластоцисти не поседују омотач и налазе се у раној фази имплантације али могу лако да се уколне са материчног ендоматријума. Sinus terminalis се развија отприлике у нивоу екватора бластоциста. Оно формира границу између васкуларне триламинарне жуманцентне кесе, унутар које се налази ембрион, и биламинарне ланцентне кесе, која се пријања за матерични ендоматријум.  
• Дан 10: током овог дана ењмбрион је величине 2-3 мм. У потпуности је издигнут од жуманцентне кесе и лежи на боку. И прекривен је амнионом и поседује мали алантоисни пупољак. Зачеци екстремитета поседују пет прстију, и задњи екстремитети су у облику весла. Два ждрелна прореза се могу уочити и срце куца. Уста су отворена и могу се запазити зачеци ушију и очију.  
• Дан 11: ембриони су величине од 4-9 мм , језик вири из уста и уочавају се изражене ноздрве. Са спољашње стране се више не уочавају ждрени лукови. Упадљиве су отеклине врата. Предњи екстремитети имају пет изражених раздвојених прстију. Зачеци задњих екстремитети су у облику весла. Долази до издуживања репа. Алантоис је отприлике 1/3 дужине ембриона и има дуги корен.  Најјнапреднији ембриони се запажају касније током овог дана. Ови ембриони су јако активни, и ако су покретни и због тога је отежано мерење њихове величине. Алантоис је отприлике 2/3 дужине тела или више. Очи имају блед прстен ретиналних пигмената, ноздрве и ивице усана су прекривене епитрихијумом.   Млади се рађају током овог дана. Изузев недостатка екстраембрионалних мембрана и губитка епитрихијума, форма младунца је слична оној код најјнапреднијих ембрионалних стадијума.  

  Развиће након уласка у марсупијум 

Особина која најјасније издваја Marsupialia од осталих сисара је неразвијеност њихових младих при порођају. Само тек излежене Monotremata су неразвијеније, док су чак и најатрицијалнији младунци Eutheria попут бубоједа и медведа развијенији од торбара.  Предложени су многи разлози за неразвијеност неонаталних тобара. Неадекватна способност жуманцентне кесе плаценте да обезбеди одговарајућу исхрану; и размена гасова за све веће потребе растућег фетуса; недовољан простор одвојених утеруса или родног канала за смештај напреднијег фетуса; недостатак имунолошке заштите од стране трофобласта; немогућност жутог тела да продужи своју секреторну фазу за одржавање лутеалне фазе у утерусу.  У последње две деценије ове идеје су експериментално испитане и показано је да ниједан од њих не даје адекватно образложење. Жуманцентна кеса плаценте код тамарског валабита ( лат. Macropus eugenii) је способна за селективни транспорт моносахарида, амино-киселина и протеина, укључујући и имуноглобулине и стога представља функционалну плаценту. Иако се код торбара нису развиле лутеалне и плаценталне функције које се могу упоредити са комплексношћу оних код напредниџ еутеријалних врста, показано је да постоји потенцијал за такве адаптације. Код неколико маркроподних торбара продужени период гестације је асоциран са продуженим аутономним жиботом жутог тела, аналогном жутом телу карнивора сисара, док код Marsupialia из породице Peramelidae постоје докази да жуто тело реагује на лутеални хормон хипофизе.  Ако прихватимо да торбари поседују потенцијал гестације, али у еволуционом смислу га нису искористиле, долазимо до закључка да је нагласак на лактацији код марсупијалне репродукције пре алтернативни него више примитивни начин сисарксе репродукције.   Упркос неразвијености неонатланих торбара оне су у неким погледима добро разбијене попут неких неонаталних еутерија нпр. : код већине врста торбара млади прелазе, без мајчине помоћи, од родног канала до торбе или зоне дојке где се закаче за брадавицу и почињу да сисају. Ово јасно показује да је локомоторни систме млдаунаца добро развијен да пронађу торбу, лоцира брадавицу и закачи се за њу пошто је пронађе; такође мишићи језика и уста су довољно координисани како би омогућили да сиса. Младунче је такође довољно развијено да удише атмосферски ваздух у торби тако да плућа морају бити добро развијена како би омогућили размену гасова, као и крвни систем који преноси кисеоник до ткива. Током постнаталног развића торбара, постоје две јасне фазе од којих се прва генерално јавља у утерусу, код еутерија. Ово се најлакше илуструје на премеру тамарског валабија. Он се рађа након 28. дана гестације са тежином од 350-450мг. Младунче остаје везано за брадавицу до 100. дана за које време полако расте док не достигне тежину од 100гр. Развиће мозга је диспропорционално брзо током овог периода и долази до значајног сазревања можданих структура и функција. После 100. дана брзина којом се мозак развија се значајно успорава и почиње сазревање физиолошких функција, неопходних младунчету да напусти торбу. То се поклапа са увећањем брзине раста младунца, да ли ово поклапање има неког функционалног значаја још није утврђено. Око 140. дана отварају се очи, уочавају се уши на глави. До 160. дана млади могу да стоје без мајчине помоћи и долази до дебљања њиховог крезненог капута; нефоргенеза се есенцијално завршила и младунче је способно да производи концентровани урин. До 180. дана тиреоидна функција је употпуности развијена и животиња постаје хомеотермична. Иако младунче избацује своју главу из торбе и једе траву у овом периоду оно не напушта марсупијум до 190. дана, када се трава јавља у његовом дигестивно систему и када може да се каже да престаје период дојења. Младунче се враћа мајци да сиса још неколико недеља и врхунац узимања млека сде јавља око 240. дана, али трава прегресивно формира све већи удео његове исхране и развија се метаболизам који омогућава да постане нзтриционално независтан од своје мајке. Младунче у потпуности напушта торбу око 250. дана и престаје да узима млеко до 300.-350. дана.  Добровољно опуштање брадавице изгледа да означава крај фазе постнаталног развића код свих врста, а период када се отворе очи се узима као индикација да је нервни систем сазрео. Стицањем новог капута се може узети као тачка када је дошло до развоја хомеотермије и функционално развијених бубрега.  

  Ембрионална дијапауза  

 Тек сада почиње да се спознаје природа ембрионалне дијапаузе, ћелијске и генетичке контроле које је иницирају и окончавају, иако механизам који зауставља даљу порогресију ћелијског циклуса је и даље непознат. Иако 60 врста Еutheria укључујући и карниворе, глодаре и љиљке, и око 30 врста торбара имају дијапаузу, њена контрола је најбоље изучена на тамарском валабију (лат. Macropus eugenii). Они могу да комплетно зауставе даљи развој њиховог ембриона, када је на нивоу ламинарног бластоциста који се састоји само од 80-100 ћелија. Током овог периода дијапаузе, уопште не долази до даљег развоја бластоциста. Дијапауза се може одржати највише 11 месеци без губитка ембрионалног вијабилитета, а за реактивацију потребан је само један хормон, прогестерон. Дијапауза се дели на 3 фазе: улазак у дијапаузу и заустављање ћелијске деобе; одржавање дијапаузе; и реактивација после дијапаузе. Највише се зна о последњој фази.  Током дијапаузе код тамарског валабија не долази до ембрионалне ћелијске деобе и метаболизам ћелије је јако низак. Бластоцист је обложен ћелијама омотача и слојевима муцина, тако да иницијација, одржавање и терминација дијапаузе морају бити под контролом прогестерона. Дијапауза се нормално успоставља лактационим сигналом током 8-10 дана посел порођаја. Након губитка или уклањања сисајућег младунца у торби доводи до реактивације из дијапаузе. Током првих 3 дана након уклањања младунца нема мерљивих метаболичких процеса у бластули. После 3. дана долази до повећања секреције прогестерона од стране жутог тела, и до четвртог дана синтеза протеина у утерусу се повећава. Утерус валабија постаје више секреторан током 4. дана од реактивације, и оксидативни метаболизам глукозе се драстично повећава у бластоцисту, омогућавајући четири пута већу продукцију АТП-а. Петог дана синтеза РНК се повећала као и метаболизам пирувата, лактата и амино-киселина али не долази до значајног повећања потрошње и продукције угљених хидрата током првих пет дана након реактивације. Током или након 5 дана долази до пропорционално снижене продукције лактата, што наводи да долази до промене у метаболизму током овог периода. Стога највероватније амино и масне киселине са угњеним хидратима обезбеђују нергију током раних фаза реактивације бластоциста.  

  Закључак  

Ембрионално развиће торбара се одликује скраћеним периодом гестације и периодом развића новорођеног младунца у марсупијуму. Период развића у марсупијуму се означава као фаза лактације, током ње долзи до сталних промена састава млека како би она што боље одговарала датом периоду развића младунца. Уочено је да код неких торбара период гастације може да се продужи као и да долази до формирања примитивне плаценте. Захвањујући овом сазнању постало је јасно да је скраћено време гестације и продужено време лактације не представљају примитивне одлике ових сисара већ адаптације на њихову средину услед дуге раздвојене еволуционе истроије од својих других сисарских рођака.  

  1. https://www.asbmb.org.au/oldsite/magazine/2011-April_Issue42-1/Showcase%204%20-%20Renfree.pdf 

2. Милош Калезић, Љиљана Томовић (2007). Хордати, Београд. 

3. Јевросима Стевановић, Зоран Станимировић, Нинослав Ђелић (2013). Зоологија, Београд. 

4. Lynne Selwood, P. A. Woolley (1991). A timetable of embryonic development, and ovarian and uterine changes during pregnancy, in the stripe-faced dunnart, Sminthopsis macroura (Marsupialia: Dasyuridae), Department of Zoology, La Trobe University, Bundoora, Victoria 3083, Australia. 

5. Lynne Selwood (2007). Marsupial Oocytes, Fertilization and Embryonic Development can Provide useful Tools to Study Developmental Mechanisms, Department of Zoology, University of Melbourne, Victoria, Australia.  

Захваљујем се колеги Петру Омрчену на помоћи и труду током писања овог поста. И слике сам пронашао на Pixabay