第八章變態(tài)動物體發(fā)育過程中器官的形成是多種類型的細胞間互作的結果。細胞間的互作可以發(fā)生在相鄰的2種類型或多種類型的細胞之間，也可以發(fā)生在不相鄰類型的細胞之間，即遠距離細胞間也可以發(fā)生互作，這種遠距離的細胞互作通常是由一些信號分子來介導的，特別是各種激素，在其中起著非常關鍵的作用，它們可以由一種特定類型的細胞或組織分泌后，通過血液循環(huán)，遠距離地調(diào)控靶細胞或組織的分化和發(fā)育。許多動物的幼體與成體無論是在形態(tài)上還是在生活方式上都有很大的差別。如海膽的長蜿幼蟲可以在海洋激流中暢游，而成體只能生活在限定的區(qū)域；蝶類和蛾類的幼蟲只能緩緩爬行，而它們的成體卻有一副美麗的翅膀，可以在天空中飛舞。由于具有這些差異，它們的幼體與成體往往生活在不同的環(huán)境之中，特別是幼體，甚至還具有一些獨特的環(huán)境適應方式，由幼體發(fā)育為成體，必須要通過變態(tài)發(fā)育才能實現(xiàn)。這種變態(tài)發(fā)育，是由特定的激素所激活的。第一節(jié)昆蟲的變態(tài)第一節(jié)昆蟲的變態(tài)一．昆蟲的變態(tài)的發(fā)育模式1．原變態(tài)：低等昆蟲種類，如衣魚、跳蟲和雙尾蟲等，沒有明顯的幼蟲期的變態(tài)形式。2．半變態(tài)：如直翅目和半翅目的昆蟲，是一種不經(jīng)過蛹期的變態(tài)形式。3．完全變態(tài)：如蠅類、甲蟲類、蛾類、蝶類，是一種在幼蟲和成蟲之間經(jīng)歷了蛹期的變態(tài)形式。蛹化和羽化是其最重有的兩次蛻皮以果蠅為例講述器官芽的發(fā)育果蠅在其生活周期中要經(jīng)歷4次蛻皮，其間經(jīng)過3個齡蟲階段，由三齡幼蟲化為蛹，再由蛹變?yōu)槌上x。每一次蛻皮中，表皮細胞與角質(zhì)層分離，并分泌一種“脫皮液”到表皮細胞與角質(zhì)層之間，脫皮液中含有一些水解酶，可以降解原有的角質(zhì)層。在蛹期內(nèi)完成幼蟲向成蟲的轉變，在此期間，大部分的幼蟲器官被破壞，并從器官芽中的未分化細胞形成成體器官。成蟲形成后，從蛹中羽化出來。在全變態(tài)昆蟲的幼蟲中，存在2種類型的細胞群：一種是構成幼蟲本身身體的細胞，它們是維持幼蟲本身的生理功能所必需的；另一種是未分化的細胞，它們在特定的信號刺激下，可以分化為成蟲的器官芽。在果蠅中，共有10對器官芽，由它們發(fā)育為成體果蠅除腹部外的全部結構。另外還有一個生殖芽，它將發(fā)育為果蠅的生殖器。腹部的表皮由一群成組織細胞發(fā)育而來，這些成組織細胞在幼蟲中位于消化道區(qū)域，而腹部的內(nèi)部結構由其他的成組織細胞發(fā)育而來，它們在幼蟲身體的各個區(qū)域均有分布。三、昆蟲變態(tài)的激素調(diào)控以吸血蝽為例講述昆蟲是由腦中的神經(jīng)分泌細胞(nel-arosecretorycell)分泌一些調(diào)控因子，通過調(diào)節(jié)激素的分泌而控制變態(tài)過程的。1蛻皮激素．：由腦神經(jīng)分泌細胞分泌前胸腺向性激素（PTTH），它是一種多肽激素，分子質(zhì)量約45kDa，它可以刺激前胸腺分泌蛻皮激素。新分泌的蛻皮激素是以一種前體激素的形式存在的，它必須轉變?yōu)橐环N活性激素的形式才有活性。．這種轉變是由外圍組織的線粒體和微體中的血紅素氧化酶來完成的。它負責幼蟲新殼的泌成和硬化，蛹化、蛹殼形成及與蛻皮相關的生長和分化等。

2．保幼激素另一種對昆蟲發(fā)育有重要作用的激素為保幼激素（JH），JH是由咽側體分泌的，咽側體分泌細胞在幼蟲蛻皮期具有分泌活性，而在變態(tài)蛻皮時卻失去分泌功能。JH的功能是抑制變態(tài)的發(fā)生，只要有JH存在，蛻皮激素刺激幼蟲蛻皮后，只能進入下一齡蟲階段，而不能使其變態(tài)。在最后一個齡蟲期，咽側體的分泌活性受到抑制，同時蟲體能降低已有的JH濃度，因而使得JH降低到臨界濃度以下，促使腦釋放PTTt。PTTH又刺激前胸腺分泌少量的蛻皮激素，活化后的蛻皮激素在沒有JH的存在下，刺激蟲體開始蛹化。此時，蟲體內(nèi)有新的mRNA開始合成，其蛋白質(zhì)產(chǎn)物抑制幼蟲基因的表達。第二個激素波出現(xiàn)之后，蛹化所必需的特異蛋白質(zhì)開始合成，使蟲體由幼蟲變?yōu)橛肌Ｒ蚨谝粋€激素波的作用，可能是促使幼蟲特異基因表達失活，而為蛹化特異基因的轉錄做準備，第二個激素波才促進蛹化特異基因的表達。

四、昆蟲變態(tài)的基因表達的調(diào)節(jié)1．蛻皮激素與DNA的結合在蛻皮和變態(tài)期間，果蠅多線染色體的特異區(qū)域開始出現(xiàn)疏松區(qū)，這表明該區(qū)的DNA已開始轉錄。如果向早期幼蟲的唾液腺中注射蛻皮激素，可以誘導新疏松區(qū)的出現(xiàn)和一些原有疏松區(qū)的消失。這種新疏松區(qū)的出現(xiàn)是由于蛻皮激素與染色體特定區(qū)域結合的結果。2．不同的組織中具有不同的蛻皮激素受體根據(jù)對蛻皮激素的反應，晚期齡蟲組織可粗略地分為3種類型：①“真正”的幼蟲組織(如唾液腺、，肌肉和腸)，它們在蛻皮激素的作用下將會死亡；②成蟲組織，它們在蛻皮激素的作用下將直接發(fā)育為成蟲結構；③經(jīng)過改造能發(fā)育為成蟲結構的組織，如脂肪體、中樞神經(jīng)系統(tǒng)。對于不同的組織是如何對同一激素信號產(chǎn)生不同反應的機制，目前還并不知曉，但有研究表明并不是所有組織中的蛻皮激素受體(EcR)都是相同的。蛻皮激素受體基因可以產(chǎn)生3種不同的mRNA，因而能合成3種不同但相關的蛋白質(zhì)：EcR—A、EcR—B1和EcR—B2，它們有相同的DNA結合位點和蛻皮激素結合位點，而氨基酸組成卻有很大差異(下圖)。所有細胞都含有這幾種受體，但不同細胞中幾種受體的比例不一樣，如在“真正的”幼蟲組織和正在退化的神經(jīng)元中有大量的EcR-B1，而EcR—A的含量卻較低，反之，器官芽和分化中的神經(jīng)元中的EcR—A含量占有絕對優(yōu)勢，而EcR—B1的含量卻較低。不同的細胞中基因表達的差異可能是由于脫皮激素與不同的受體結合的結果。3．BR—C(Broad-Complex)因子

不同組織對蛻皮激素的特異性反應可能還有其他轉錄因子的參與。BR—C基因是蛻皮激素作用的早期表達的基因之一。它是一個復合基因，具有幾個彼此重疊的轉錄單位，因而可以通過不同的剪接方式產(chǎn)生幾種不同的蛋白質(zhì)。組織反應的特異性是由蛻皮激素刺激BR—C基因產(chǎn)生特異性產(chǎn)物來調(diào)控的。當然，幼蟲組織中．BR—C基因的產(chǎn)物剪接中，肯定還有其他因子的參與。4．同一細胞中具有不同蛻皮激素受體蛻皮激素所引起的反應有其特定的時間性和空間性。除了不同組織間對蛻皮激素有不同的反應外，就是同一個細胞對蛻皮激素的反應也有異質(zhì)性。因此，蛻皮激素能誘導一系列的基因活性，而不同的激素濃度激活不同的基因，使同一激素可以調(diào)控變態(tài)過程中的不同變化四、環(huán)境對昆蟲變態(tài)的影響大小植物成分第二節(jié)兩棲類的變態(tài)發(fā)育

在兩棲類中，變態(tài)發(fā)育是指只能在水中生活的蝌蚪發(fā)育為可以在陸地生活的成體動物的過程。在無尾類(蛙、蟾蜍)中，變態(tài)發(fā)育中形態(tài)上的變化是非常明顯的，蝌蚪期的角質(zhì)齒、內(nèi)鰓和尾在發(fā)育中都逐漸消失，同時，四肢和皮脂腺等逐漸形成.變態(tài)現(xiàn)象1.形態(tài)學的變化1．生物化學的變化（1）眼內(nèi)視色素的變化（2）血紅蛋白在合成和生理功能特點方面的變化。（3）皮膚中的生化變化（4）產(chǎn)生尿素所需酶的誘導：由氨代謝轉變?yōu)槟虼x兩棲類變態(tài)發(fā)育的激素調(diào)控甲狀腺和碘在兩棲類變態(tài)中起重要的作用。現(xiàn)已證明，兩棲類變態(tài)期間發(fā)生的形形色色的變化，都是由甲狀腺分泌的激素，甲狀腺素T4)和三碘甲腺原氨酸(T3)引起的。現(xiàn)已證明，T3是極活躍的一種激素，它以比T4低得多的濃度，在切除甲狀腺的蝌蚪中引起變變化。在有尾類和無尾類中，幼體期甲狀腺只產(chǎn)生少量的T3和T4，在變態(tài)前期約1.3nmol/L。盡管在幼蟲發(fā)育后期濃度持續(xù)增加，但終究達不到使幼體進入變態(tài)所需的水平，這是因垂體分泌的催乳激素的作用下，抑制了甲狀腺激素的作用。催乳激素是一種幼蟲激素，促進幼蟲的生長，但它又通過抑制甲狀腺激素而抑制兩棲類的變態(tài)。另外，T3的釋放還處于下丘腦合成的激素的控制之下。在幼蟲變態(tài)前的生長期，腦的這一部發(fā)育不完全的，所以下丘腦對腺垂體不產(chǎn)生控制。(一)．激素調(diào)控的局部特異變化

1．尾的退化和吸收尾部的消退過程一般分為4個階段尾部肌肉細胞中的蛋白質(zhì)合成減少；酶體酶(1ysosomalenzyme)在表皮、脊索和神經(jīng)索細胞中的濃度升高，這些細胞中有高濃度的蛋白酶、DNA酶、RNA酶、膠原酶、磷酸酶和糖苷酶，這些酶向細胞質(zhì)中的釋放，必然引起相應細胞的死亡；肉細胞的死亡，可能是由表皮細胞中釋放的消化酶的結果，因為如果將剝?nèi)テつw的尾放在含有甲狀腺激素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，尾不能消退；這些細胞死亡之后，細胞殘渣由聚集于尾部的巨噬細胞吞噬，使尾部變?yōu)橐粋€大的酶囊，內(nèi)有大量巨噬細胞中的蛋白水解酶，這些蛋白水解酶主要是膠原酶和其他一些金屬蛋白酶，它們的合成都依賴于甲狀腺激素，如果將組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)加在蝌蚪的尾部，它可以抑制由甲狀腺激素誘導的尾部消退。2.皮膚的變態(tài)變化3.肝的變態(tài)變化4．神經(jīng)系統(tǒng)的變化動物變態(tài)之后，其神經(jīng)系統(tǒng)也相應地發(fā)生了變化。如在變態(tài)過程中，眼的位置將向前移，有利于蛙的捕食生活，因為蛙眼必須具有三維視覺才能捕獲獵物，這種三維視覺的形成依賴于進入兩眼的視覺信號同時反映到腦。而在蝌蚪中，右眼的視覺信號只進入左腦，左眼的視覺信號只進入右腦，不能形成三維視覺。無論是眼睛位置的移動還是新的視覺神經(jīng)元的形成，都必須依賴于甲狀腺激素。除視覺神經(jīng)元以外，其他的神經(jīng)元在變態(tài)過程中也發(fā)生很大的變化。在變態(tài)過程中，腦結構同樣發(fā)生變化。因此，經(jīng)過變態(tài)以后，整個神經(jīng)系統(tǒng)都經(jīng)歷了巨大的變化，有些神經(jīng)元死亡，有些神經(jīng)元形成，有些神經(jīng)元的特性發(fā)生改變等。二、甲狀腺激素對變態(tài)的調(diào)控機制有實驗證據(jù)表明甲狀腺激素是在轉錄水平對變態(tài)發(fā)育進行調(diào)控的。1．Weber(1967)將放線菌素D注射到未變態(tài)的蝌蚪中，可以抑制尾的消退和頭型的改變。變態(tài)過程中，肝內(nèi)核糖體和mRNA的合成大大增加，經(jīng)甲狀腺激素處理后的肝，蛋白質(zhì)的合成速率在4h后可增加100倍，很多新的mRNA的轉譯產(chǎn)物是成體蛙肝臟所特有的酶。2．分子雜交實驗(分別從未變態(tài)和變態(tài)中的蝌蚪提取的mRNA與克隆的基因雜交)表明對甲狀腺激素有3種類型的應答方式。在變態(tài)中，有一組基因的轉錄活性是增加的，另一組基因的轉錄活性卻下降。還有一組基因?qū)谞钕偌に氐淖饔脹]有明顯的反應。白蛋白、成體球蛋白、成體皮膚角蛋白和爪蟾中基因的同源基因的mRNA的合成都是由T3調(diào)控的。然而，由T3信號所引起的最早的基因活性并不是這些基因，而是甲狀腺激素受體（TR）基因。TR是甾類激素受體家族的成員，主要有兩種存在形式：TRa和TRB。在變態(tài)之前，TRa和TRBmRNA的濃度都很低)。然而，當變態(tài)開始后，TRmRNA的合成量大大增加，如果注射外源T3，可使TRamRNA量增加2～5倍，使TRBmRNA量增加20～50倍。T3受體信使的“自體誘導”在變態(tài)發(fā)育的快速進行中具有重要作用。組織中T3受體分子越多，對T3分子的反應能力就越強，使所有變態(tài)變化都達到最快速度，即達到變態(tài)頂峰期(metamorphicclimax)。T3分子誘導TR的分子機制目前尚不清楚，但TRBmRNA的合成可被蛋白質(zhì)合成抑制劑所抑制，因而可能還有其他的蛋白質(zhì)參與誘導TR基因的表達。另外TR必須與另外一種受體(retinoidreceptor)，結合，形成二聚體，才具有活性，這種二聚體與甲狀腺素結合后，能進入到細胞核中調(diào)控轉錄。第三節(jié)激素對乳腺發(fā)育的調(diào)控哺乳動物乳腺的發(fā)育在胚胎時期就已開始，但直到妊娠末期開始分泌乳汁時才發(fā)育成熟。在乳腺發(fā)育過程中，有多種激素對乳腺原基產(chǎn)生作用。乳腺的發(fā)育可分為3個階段：胚胎期、青春期、妊娠期和分泌期。只有在發(fā)育的最后階段，乳腺才能產(chǎn)生酪蛋白及其他一些乳蛋白。一、胚胎期

在11d齡的雌性鼠胚的腹中線兩側，各出現(xiàn)一排