Doel en werkwijze: Het vraagstuk, door welke oorzaken de ingewikkelde bouw van het dierlijk lichaam gedurende de ontwikkeling tot stand komt en na het verlies van een van zijn delen weer hersteld wordt, vormt het onderwerp van een tak van de biologie, die gewoonlijk ontwikkelingsmechanica genoemd wordt. Deze naam, die geenszins tot uitdrukking wil brengen, dat in het algemeen naar een mechanische verklaring der ontwikkelingsverschijnselen gestreefd wordt, doch slechts, dat een oorzakelijke verklaring het doel is, werd er aan gegeven door Wilhelm Roux (1850-1924), die met recht de vader der ontwikkelingsmechanica genoemd wordt.
Uit de aard der zaak werden ook in vroegere eeuwen dikwijls beschouwingen gewijd aan en veronderstellingen geopperd over het oorzakelijke verband der ontwikkelingsverschijnselen, doch eerst Roux stelde duidelijk in het licht dat een antwoord op deze vragen enkel langs proefondervindelijke weg verkregen kan worden; zelf deed hij omstreeks 1880 met kikvorseieren de eerste proefnemingen, die de stoot gaven tot een verbazingwekkende ontplooiing van de door hem daarmee in het leven geroepen tak van wetenschap.De proefnemingen, welke de ontwikkelingsmechanica toepast voor het oplossen van haar problemen, bestaan in het algemeen daarin, dat de normale gang der ontwikkeling op een of andere wijze gestoord wordt, waarna uit de optredende gevolgen een conclusie wordt getrokken met betrekking tot het in elkander grijpen der ontwikkelingsfactoren.
Onder de factoren, die het verloop der ontwikkeling beïnvloeden, kan men de uitwendige (exogene) onderscheiden van de inwendige (endogene) factoren. Voor elke diersoort geldt b.v. een bepaald temperatuurgebied, waarbinnen de ontwikkeling normaal verloopt; zowel bij een te lage als een te hoge temperatuur komt zij tot stilstand en sterft het organisme. Dergelijke verhoudingen gelden b.v. voor het zuurstofgehalte, het zoutgehalte van het omringende water en dergelijke factoren.
De uitwendige factoren bepalen dus tezamen, dat in elk bepaald geval de ontwikkeling al of niet kan plaatsvinden; zij kunnen soms ook de snelheid van de ontwikkeling beinvloeden (b.v. bij lagere temperatuur, binnen het normale bereik, verloopt de ontwikkeling meestal langzamer dan bij hogere); vrijwel nooit echter zijn zij er voor verantwoordelijk, dat de ontwikkeling op een bepaalde wijze geschiedt, zodat uit het ei van een kikvors altijd een kikvors, uit dat van een hond altijd een hond ontstaat. Reeds W. Roux onderscheidde dan ook tussen realisatie factoren, die de ontwikkeling als zodanig mogelijk maken, en determinatiefactoren, die de kenmerkende eigenaardigheden van het verloop er van beheersen. De laatste moeten dus vooral onder de inwendige factoren gezocht worden. We kunnen derhalve zeggen, dat elk ei reeds bij het begin van zijn ontwikkeling alle factoren, die voor het karakteristieke verloop daarvan van wezenlijk belang zijn, in zich bevat.
Een volgende vraag is die naar de wijze, waarop deze determinatiefactoren in het ei voorhanden zijn. Reeds in vroegere eeuwen stonden te dien aanzien twee opvattingen tegenover elkaar: de leer der evolutie, volgens welke in het ei het toe komstige dier reeds in volkomen toestand aanwezig zou zijn, zij het ook zeer klem en dusdanig opgevouwen, dat het moeilijk zichtbaar was, zodat de ontwikkeling slechts een groei en uit-wikkeling van deze gepraeformeerdè kiem zou zijn; en die der epigenesis, volgens welke het ei een klompje protoplasma zonder structuur was, waarin eerst geleidelijk de ingewikkelde bouw van het embryo zou ontstaan, zodat dus eigenlijk beter van in-wikkeling dan van ontwikkeling zou kunnen worden gesproken. Met het toenemen der kennis op dit gebied bleek de laatste opvatting de juiste. Maar door Roux werd de vraag, in gewijzigde vorm en als het ware op een hoger plan, opnieuw aan de orde gesteld. Bevat elk deel van het ei weliswaar niet een deel van het embryo maar toch wel de ontwikkelingsfactoren voor slechts een deel van het embryo, zijn dus de ontwikkelingsfactoren b.v. voor de kop of voor een bepaald orgaan als de hersenen in een bepaald deel van het ei gelegen, of bestaat er geen dergelijke localisatie der ontwikkelingsfactoren? M.a.w. bevat dus het ei een mozaïek van factoren, heeft het een structuur, welke die van het latere embryo weerspiegelt, of is dit niet het geval en ontstaat de structuur van het embryo gedurende de ontwikkeling geleidelijk uit structuurloze substantie?
De eerste proefneming van Roux was op de beantwoording van deze vraag gericht. Bij een kikvorsei, dat juist met zijn ontwikkeling was begonnen en zich reeds in twee cellen gedeeld had, doodde hij een der beide cellen met een hete naald; de andere cel ontwikkelde zich dan verder en leverde een voorste of achterste, linker of rechter halfembryo, waarbij de dode massa van de afgestorven cel de andere helft innam. Roux leidde hieruit af, dat de overlevende helft van het ei inderdaad alleen de ontwikkelingsfactoren voor een helft van het embryo bevat, dat dus de factoren in het ei mozaïekachtig verdeeld zijn. Bij de ontwikkeling zouden alle delen van het ei onafhankelijk van elkaar hun weg vervolgen en elk een bepaald deel van de kiem leveren, zonder zich aan de andere delen te storen.
De uitkomsten van latere proefnemingen, bij andere diersoorten verricht, bleken echter met deze gevolgtrekking in strijd te zijn. Driesch (1867-1941) schudde zeeegeleieren in het tweecellig stadium in een reageerbuisje zolang, tot de beide cellen van één ei van elkaar loslieten; elk van deze geïsoleerde cellen, die dus een half ei vertegenwoordigden, ontwikkelde zich tot een volkomen, harmonisch gebouwde larve, die slechts half zo groot als gewoonlijk, maar overigens geheel normaal was . Hetzelfde geschiedde, wanneer in het viercellig stadium de cellen van elkaar gescheiden werden. Eén vierde deel van het ei bevat hier dus alle factoren die voor de ontwikkeling van een gehele larve noodzakelijk zijn. Elk dezer cellen kan dus meer leveren dan in de normale ontwikkeling blijkt. Driesch drukte dit zo uit: de prospectieve potentie, d.i. het ontwikkelingsvermogen van een deel van de kiem, is groter dan zijn prospectieve betekenis (datgene, wat het in de normale ontwikkeling levert). Hij stelde zich voor, dat na het isoleren van een cel een wijziging in haar structuur (regulatie) optreedt, waardoor zij in eigenschappen met een geheel ei gaat overeenstemmen.
Dergelijke proeven werden in de volgende jaren met de eieren van een groot aantal diersoorten verricht. Daarbij bleek, dat deze zich nu eens meer als het kikvorsei, dan weer als het zeeëgelei gedroegen . Een tijdlang meende men, dat er in dit opzicht twee in wezen verschillende soorten van eieren onderscheiden moesten worden, mozaïekeieren en regulatie-eieren. Het is echter tenslotte gebleken, dat het verschil niet van wezenlijke aard is. Bij alle eieren zijn in een vroeg stadium de ontwikkelingsfactoren voor de verschillende organen nog niet aan een bepaald deel van het ei gebonden; bij alle eieren is dit in een later stadium wel het geval. Het verschil tussen de beide bovengenoemde typen berust op het tijdstip, waarop de localisatie der ontwikkelingsfactoren plaatsvindt; bij de z.g. mozaïekeieren geschiedt dit vroegtijdig, kort na het begin der ontwikkeling; bij de regulatie-eieren eerst in een later ontwikkelingsstadium. Beide typen zijn door een geleidelijke overgang verbonden.
In het algemeen kan dus gezegd worden, dat in een vroeg ontwikkelingsstadium het lot van de delen van de kiem nog niet ondubbelzinnig vastgelegd is; na een proefondervindelijke ingreep, b.v. het isoleren of het verplanten van cellen, kan elk Deel nog verschillende wegen inslaan. Later is dit niet meer het geval; elk deel bevat nu slechts de ontwikkelingsfactoren voor een bepaald lichaamsdeel of orgaan en kan, ook indien het uit zijn normale verband wordt gelicht en in een nieuwe omgeving gebracht, nog slechts dit ene orgaan leveren: het is intussen gedetermineerd. De vraag naar de wijze, waarop deze determinatie plaatsvindt, beheerst in belangrijke mate het ontwikkelingsmechanisch onderzoek.
Het is daarbij gebleken, dat in vele gevallen stoffen, die aanvankelijk min of meer gelijkmatig in het ei verdeeld voorkomen, zich later plaatselijk gaan ophopen. Dit is b.v. het geval bij de zeescheden (Ascidiën), waar kort na de bevruchting aanzienlijke protoplasmastromingen in het ei optreden, waarbij bepaalde stoffen zich van elkaar scheiden, zodat uiteindelijk in het ei vier gebieden te onderscheiden zijn, die elk door het bezit van een in fysisch en chemisch opzicht verschillend plasma gekenmerkt zijn (fig. 3); zo is een dezer plasmasoorten, het z.g. mesoplasma, zeer rijk aan bepaalde celenzymen. Bij de deling van het ei komen deze verschillende stoffen in verschillende cellen terecht. Deze cellen blijken daarna gedetermineerd te zijn tot de vorming van bepaalde organen; de cellen, die het mesoplasma bevatten, kunnen b.v. nog slechts spier- en bindweefsel leveren. Worden alle mesoplasma bevattende cellen uit de kiem gesneden, dan ontstaat een larve zonder spieren en zonder bindweefsel. Dat inderdaad het bezit van een bepaalde soort protoplasma de verdere ontwikkeling van de cellen bepaalt, blijkt wanneer de eieren gecentrifugeerd worden; daarbij verplaatsen de eisubstanties zich onder invloed van de middelpuntvliedende kracht, zodat ze bij de deling van het ei in de verkeerde cellen terecht komen.
Ook in dit geval leveren de cellen, die nu het enzymrijke mesoplasma bevatten, slechts spier-en bindweefsel . Door deze plaatselijke ophoping van aanvankelijk gelijkmatig verspreide stoffen verdeelt het ei zich in een aantal gebieden, die in fysisch en chemisch opzicht verschillen. Dit proces, dat dus een eerste stap is op de weg van toenemende samengesteldheid, die de ontwikkeling kenmerkt, wordt de chemodifferentiatie van het ei genoemd. Aanvankelijk stelde men zich voor, dat de op deze wijze gescheiden stoffen het bouwmateriaal voor bepaalde organen zouden vormen; men noemde ze orgaan vormende stoffen. Het is echter wel gebleken, dat deze opvatting te simplistisch is; men spreekt daarom tegenwoordig van morfogene stoffen of determinatie stoffen. De factoren, die de plaatselijke ophoping der morfogene stoffen tot stand brengen, zetelen vermoedelijk, althans ten dele, in een stevig buitenste laagje van het ei, de z.g. eicortex. In eieren, die kort na de bevruchting gecentrifugeerd worden, waardoor, zoals boven vermeld, in het inwendig eiplasma een abnormale verdeling der stoffen tot stand komt, blijft de cortex gewoonlijk op zijn plaats. In enkele gevallen is nu gebleken, dat in dergelijke gecentrifugeerde eieren toch achteraf nog een normale verdeling der eisubstanties ten opzichte van de cortex tot stand komt; blijkbaar oefent de laatste plaatselijk een aantrekkende werking op bepaalde bestanddelen van het ei uit, waardoor deze zich ter plaatse ophopen . Belangrijke ontwikkelingsfactoren zetelen ook in de kern van het bevruchte ei; deze, die bij de bevruchting uit de versmelting van ei- en spermakern is ont staan, bevat de chromosomen, waarin men zich de dragers van de erfelijke eigenschappen, de genen, gelegen denkt . Elk gen is verantwoordelijk voor het optreden van bepaalde eigenschappen in het volwassen individu; daartoe moet het op een gegeven moment in het ontwikkelingsgebeuren ingrijpen. Vroeger dacht men, dat bij de deling van het ei de erffactoren van de kern zich over de verschillende cellen zouden verdelen, zodat elke cel slechts bepaalde van deze factoren zou bevatten, die haar verdere ontwikkeling zouden bepalen.
Het is gebleken, dat dit niet juist is; bij de deling krijgt elke kern alle genen mede, zodat alle kernen in dit opzicht gelijkwaardig zijn. Dit blijkt b.v. uit de volgende, door Spemann (1869-1941) verrichte proef: eieren van salamanders werden kort na de bevruchting, nog voor de eerste celdeling had plaats gevonden, met een haar haltervormig ingesnoerd; de uit de versmelting van ei- en spermakern ontstane bevruchtingskern kwam daarbij aan één zijde van de insnoering te liggen. Daardoor kon de celdeling (klieving) aanvankelijk slechts in deze helft plaats vinden; eerst wanneer deze in 8, 16 of 32 cellen verdeeld was, trad een der ontstane klievingskernen door de ingesnoerde steel over in de andere helft en begon ook hier de celdeling (tig. 6). Wanneer daarna de steel geheel werd doorgesnoerd, ontwikkelden zich in een deel der gevallen beide helften van het ei tot een volledig, harmonisch gebouwd embryo. Hieruit blijkt, dat de door de steel overgetreden klievingskern nog alle erffactoren bevat, die voor de ontwikkeling tot een normaal embryo nodig zijn; blijkbaar zijn de klievingskernen nog gelijkwaardig met de oorspronkelijke bevruchtingskern; een ongelijkmatige verdeling der erffactoren over de klievingskernen heeft niet plaatsgevonden.
Door de voorafgegane en ook nog gelijktijdig met de deling verlopende chemodifferentiatie komen deze gelijke kernen echter in cellen te liggen, waarvan het plasma in fysisch en chemisch opzicht verschillend is. Men moet zich nu voorstellen, dat daardoor in de verschillende kernen verschillende genen geactiveerd worden en met het de kern omgevende plasma in wisselwerking treden; daarbij ontstaan substanties (genenstoffen), die hetzij in de cel waarin ze gevormd worden zelf, hetzij nadat ze hieruit naar buiten gediffundeerd zijn, elders in het lichaam bepaalde werkingen te voorschijn roepen. Op deze wijze neemt de ingewikkeldheid van de structuur van het embryo snel toe.
Dit wordt nog in belangrijke mate bevorderd, doordat verschillende delen van het embryo elkaar in hun ontwikkeling gaan beïnvloeden. Nadat het ei zich in een groot aantal cellen heeft gedeeld, volgt bij vrijwel alle diergroepen een periode, waarin aanzienlijke verschuivingen van cellen plaats vinden (gastrulatie). Daarbij komen delen van de kiem, die aanvankelijk ver van elkaar verwijderd lagen, in onmiddellijk contact, zodat zij (b.v. door uitgescheiden stoffen) op elkaar kunnen inwerken, en daardoor eikaars determinatietoestand beïnvloeden: z.g. embryonale inductie. Zeer nauwkeurig zijn deze verschijnselen bestudeerd bij de amfibieën, vooral door de onderzoekingen van Spemann en zijn school. Deze onderzoeker ontdekte door middel van de methode der transplantatie, dat een bepaald gebied van de jonge kiem der amfibieën met bijzondere eigenschappen is toegerust. Wanneer een stukje weefsel uit dit gebied werd uitgesneden en in de buikzijde van een ander, even oud embryo werd verplant, deed het op deze plaats een gehele, min of meer volledige embryo-aanleg ontstaan. Het bleek, dat deze niet enkel uit het verplante weefsel (transplantaat) was ontstaan, maar ten dele ook uit weefsel van de gastheer, dat onder de invloed van het transplantaat een andere ontwikkelingsrichting had ingeslagen en nu b.v. in plaats van huid, zenuwweefsel vormde . Daarbij pasten de door het transplantaat en de gastheer geleverde organen dusdanig bij elkander, dat ze tezamen een min of meer harmonisch gebouwd embryo vormden.
Het transplantaat had dus zijn omgeving niet slechts beïnvloed (geïnduceerd), maar op zodanige wijze beïnvloed, dat een organisch geheel ontstond. Spemann noemde het derhalve een organisator, en het gebied van de kiem waaruit dergelijke organisatoren kunnen worden uitgesneden, het organisatiecentrum. FIG. 9. DE GASTRULATIE DER AMFIBIEËN In de normale ontwikkeling verplaatst het materiaal van het organisatiecentrum, dat aanvankelijk aan de buitenzijde van de kiem ligt, zich gedurende de gastrulatie naar binnen en komt dan onder de oppervlaktelaag van de kiem (ectoderm) te liggen. In dit ectoderm vormt zich op deze plaats een verdikking (neurale plaat), waaruit de aanleg van het centrale zenuwstelsel (hersenen en ruggemerg) ontstaat . Het lag voor de hand te veronderstellen, dat dit berust op een invloed (inductiewerking), door het naar binnen verplaatste materiaal van het organisatiecentrum op het er over heen liggende ectoderm uitgeoefend. Deze veronderstelling bleek juist: wanneer het betreffende celmateriaal kunstmatig onder ander ectoderm werd verplant, ontstond ook hierin een neurale plaat. Het transplantaat oefende dus als inductor een prikkel uit, waarop het ectoderm (als reactiesysteem) reageerde.
Over de aard van deze inductiewerking gaven verdere proeven nader uitsluitsel. Genarcotiseerd, maar ook dood organisatorweefsel kon in het ectoderm een neurale plaat induceren; voor het tot stand komen der inductiewerking is het dus niet nodig, dat de inductor leeft. De veronderstelling, dat de inductiewerking zou berusten op het afgeven van bepaalde stoffen {inductiestoffen) door de inductor, werd bevestigd, toen bleek dat met extracten uit organisatorweefsel (maar ook uit andere dierlijke weefsels) in het ectoderm een neurale plaat kan worden geïnduceerd. Ondanks daartoe aangewende pogingen van vele kanten is het echter nog niet gelukt, de scheikundige aard van deze inductiestof ondubbelzinnig te bepalen. Wel is het waarschijnlijk, dat het hier stoffen betreft die zeer algemeen in de stofwisseling van dierlijke weefsels voorkomen. De specificiteit van de inductiewerking (het feit dus, dat een bepaald orgaan gevormd wordt en geen ander) berust dus waarschijnlijk minder op de aard der inductiestof dan wel op het feit, dat het reactiesysteem juist op een bepaald moment gevoelig is voor de inwerking van de betreffende stof en daarop op een specifieke wijze reageert; inderdaad is gebleken, dat het reactievermogen van het ectoderm slechts gedurende korte tijd bestaat, terwijl omgekeerd de inductor veel langer werkzaam blijft.
Een interessant licht op de aard van het inductieproces werpen ook de volgende proeven. Het voorste deel van het ingestulpte materiaal van het organisatiecentrum der amfibieën induceert in het overliggende ectoderm de vorming van de mond. Nu vertoont de bouw van de mond bij de larven der gestaarte en staartloze amfibieën karakteristieke verschillen. Terwijl salamanderlarven echte, uit tandbeen bestaande tanden bezitten, hebben de larven der kikkers en padden alleen tandjes uit hoorn, zomede hoornachtige kaken langs de mondrand. Wanneer men nu de mondinductor van een salamanderembryo op buikectoderm van een kikkerembryo laat inwerken (doordat men dit laatste b.v. op de kop van het salamanderembryo verplant), ontstaat hierin een met hoorntanden en -kaken bewapende mond, die in al zijn eigenschappen met die van een kikkerlarve overeenstemt ; in het omgekeerde experiment ontstaat een salamandermond met uit tandbeen bestaande tanden. Het reactiesysteem ectoderm antwoordt dus op de door de inductor uitgeoefende prikkel met de vorming van een bepaald orgaan, waarvan de aard mede door de prikkel bepaald wordt, maar de soort-specifieke bouw en uitvoering alleen door het reactiesysteem.
Van belang is verder nog de vraag, hoe het te verklaren is, dat het celmateriaal van het organisatiecentrum in de bovengenoemde proef van Spemann, en ook waarschijnlijk in de normale ontwikkeling, gelijktijdig verscheidene organen, en wel in een bepaald, organisch ruimtelijk verband, doet ontstaan. Zoals gezegd vormen deze organen zich ten dele uit de organisator zelf, ten dele worden ze door deze in het omgevende weefsel geïnduceerd. Daarbij kan in de experimenten het aandeel van organisator en gastheerweefsel van geval tot geval wisselen, in afhankelijkheid van de omstandigheden van de proef. Beide vullen elkaar aan en werken harmonisch samen tot de vorming van een normaal gebouwde embryo-aanleg. Het organisatievermogen breidt zich als het ware van de organisator in de omgeving uit in de vorm van een organisatieveld. Aan het organisatieveld kunnen we twee belangrijke eigenschappen toekennen: 1ste het veld is transponeerbaar: wanneer indifferent celmateriaal in het bereik van het organisatieveld wordt gebracht, verkrijgt het zelf het organisatievermogen en kan na verplanting (transplantatie) opnieuw als organisator optreden (fig. 11); 2de het veld heeft regulatievermogen: wanneer van het celmateriaal, waarover het veld zich uitbreidt, delen worden weggenomen, of wanneer daaraan indifferent celmateriaal wordt toegevoegd, kan het veld zich opnieuw instellen over het nu beschikbare materiaal. Zo snoerde Spemann jonge kiemen van salamanders midden door, zodat beide delen een helft van het organisatiecentrum kregen; in beide reguleerde het gehalveerde organisatiecentrum zich tot een geheel, zodat beide helften een normaal, goed geproportionneerd embryo leverden; werden de kiemen zo doorgesnoerd, dat de ene helft het gehele organisatiecentrum kreeg, de andere in ’t geheel geen, dan kon laatstgenoemde helft geen embryo vormen; de eerste echter, die relatief te veel organisatormateriaal bevatte, leverde desondanks een normaal gebouwd embryo ; ook hier had dus regulatie van de grootte van het organisatieveld plaatsgevonden.
Tenslotte rest nog de vraag, welke rol de inductiestoffen in het kader van het organisatieveld spelen. Men zou kunnen denken, dat zich in het organisatieveld verschillende inductiestoffen, volgens een bepaald ruimtelijk plan gerangschikt, zouden vormen, die elk voor de inductie van een bepaald orgaan verantwoordelijk zijn. Onderzoekingen uit de laatste jaren maken het echter waarschijnlijk, dat het organisatiecentrum slechts één stof produceert, doch dat de omringende weefsels hierop verschillend reageren, naar gelang van ten eerste hun eigen voorafgegane chemodifferentiatie, ten tweede de concentratie van de inductiestof ter plaatse. Wat dit laatste betreft, zou hun gedrag (volgens Dalcq) afhangen van bepaalde drempelwaarden in de concentratie van de inductiestof, waarboven het reactiesysteem een andere ontwikkelingsrichting zou inslaan dan er beneden.
Op deze wijze valt het organisatieveld van de gehele kiem uiteen in een aantal orgaanvelden, die min of meer onafhankelijk van elkaar elk hun eigen ontwikkeling voortzetten. Deze orgaanvelden vertonen op hun beurt, elk voor zich, weer dezelfde eigenschappen als het oorspronkelijke organisatieveld van de gehele kiem: 1. transponeerbaarheid 2. regulatievermogen. Uit elk deel van b.v. het oorveld van een amfibieënembryo kan, na overplanting in een ander deel van de kiem, een geheel, normaal gebouwd gehoororgaan met al zijn delen ontstaan, waarvan de grootte afhankelijk is van de hoeveelheid verplant materiaal; op deze wijze kan één oorveld verscheidene gehoororganen leveren. Omgekeerd kunnen twee of meer oorvelden, door ze naast elkaar te verplanten, tot versmelting gebracht worden, waarna ze tezamen één gehoororgaan van uitzonderlijke grootte vormen. Ook het orgaan veld is dus, in de terminologie van Driesch, een harmonischaequipotentieelsysteem: alle delen hebben dezelfde potentie en kunnen een harmonisch gebouwd orgaan leveren.
Na enige tijd herhaalt zich binnen de orgaanvelden wat tevoren in het organisatieveld van de gehele kiem gebeurde: de onderdelen worden gedetermineerd. Eerst worden de hoofdrichtingen vastgelegd, zodat nu binnen het veld geen celmateriaal meer gedraaid kan worden zonder storingen in de ontwikkeling te veroorzaken; daarna valt het veld in een aantal ondervelden uiteen, die verschillen in ontwikkelingsvermogen en waarvan het materiaal dus niet onderling verwisseld kan worden. Zo verdeelt het veld der ledematen zich b.v. in de drie velden voor bovenbeen, onderbeen en voet. Vermoedelijk herhaalt zich binnen deze ondervelden nogmaals hetzelfde, en wel meermalen, totdat de kiem geheel geworden is tot een ingewikkeld complex van celgroepen, welke onderling in eigenschappen en in ontwikkelingsvermogen verschillen.
Intussen wordt dit verschil in eigenschappen reeds spoedig ook zichtbaar in het uiterlijk der cellen, die hun eigen voor de verschillende organen en weefsels kenmerkende vorm gaan vertonen: zij gaan zich differentiëren. Deze differentiatie brengt de tot stand gekomen menigvuldigheid van het embryo tot zichtbare uitdrukking.
Het vermogen, de lichaamsvorm na verminking te herstellen (restitutie), bezitten zeer vele dieren. Deze restitutie kan op verschillende wijzen tot stand komen. Voornamelijk kan men hier onderscheiden tussen de restitutie door reorganisatie en door regeneratie.
Bij de restitutie door reorganisatie, zoals die b.v. bij de zeeschede Clavellina voorkomt, treedt in het na verminking overgebleven deel van het lichaam een dedifferentiatie op, waarbij de weefselcellen dus weer een min of meer indifferent embryonaal karakter aannemen. Het gehele lichaam rondt zich af tot een bolvormige groep van embryonale cellen, waarin dan opnieuw differentiatie optreedt, waarbij een volledig nieuw dier ontstaat; al naar de grootte van het overgebleven materiaal is dit dus groter of kleiner. Reorganisatie treedt ook op bij een uitgesneden stamstuk van een Hydroiedpoliep, dat op deze wijze een nieuw poliepenhoofdje kan vormen . Een sterk sprekend voorbeeld tenslotte vindt men ook bij de sponsen, die door fijn gaas geperst kunnen worden, waarbij de cellen geheel van elkaar loslaten; deze gaan zich daarna weer tot grotere complexen met elkaar verenigen en rangschikken zich daarbij zodanig, dat hieruit nieuwe sponsjes ontstaan.
Bij de restitutie door regeneratie vormt zich na het verlies van een deel van het lichaam aan het wondvlak een regeneratieknop uit indifferente cellen, die steeds groter wordt en waaruit zich het nieuwe lichaamsdeel vormt, dat voor het weggevallen deel in de plaats treedt. Wanneer een Planaria (een soort platworm) overdwars wordt doorgesneden, ontstaat aan het naar achteren gekeerde snijvlak van het voorste deel een regeneratieknop, waaruit zich een nieuw achterstuk vormt; aan het achterste deel ontstaat eveneens een regeneratieknop, die hier een nieuwe kop levert .Het speelt hierbij geen rol, of het snijvlak in de oorspronkelijke worm meer naar voren of naar achteren gelegen was; de aard van het geregenereerde lichaamsdeel in beide delen wordt alleen bepaald door de omstandigheid, of dit aan een naar voren of naar achteren gekeerd snijvlak ontstaat, dus door de polariteit van de worm.
De regeneratie van een kop aan een naar voren gekeerd snijvlak bij Planaria en andere wormen blijkt bij nauwkeuriger analyse een aantal belangrijke en voor ons inzicht in het regeneratieproces wezenlijke bijzonderheden te vertonen. In de eerste plaats blijkt, dat uit de regeneratieknop niet het gehele verloren gegane deel van het lichaam vervangen wordt; zij levert slechts een kop van beperkte omvang. Het duidelijkst is dit bij bepaalde gelede wormen, waar aan een naar voren gekeerd snijvlak, op welke hoogte dit ook in het lichaam van de oorspronkelijke worm wordt aangebracht, altijd slechts een vast aantal segmenten (b.v. 3 bij Sabella) wordt geregenereerd .De dan nog ontbrekende organen van het weggenomen voorste deel van het lichaam ontstaan daarna door een reorganisatieproces (z.g. morfallaxis) in het aansluitende deel van het oude weefsel. Het vermoeden, dat bij deze morfallaxis de door regeneratie ontstane kop) de rol van een organisator zou spelen, werd bevestigd toen bleek, dat de kop (b.v. bij Planaria) na inplanting in een ander dier reorganisatieprocessen in het naburige weefsel van de gastheer kan teweegbrengen, waarbij hieruit een min of meer volledige nieuwe worm in aansluiting aan de verplante kop ontstaat . Verdere onderzoekingen toonden aan, dat de kop niet alleen bij de morfallaxis na regeneratie of overplanting, maar ook in het onbeschadigde lichaam een overheersende invloed op de meer naar achteren in het lichaam gelegen organen uitoefent . Deze uit zich o.a. daarin, dat de kop door zijn onderdrukkende werkingen verhindert, dat in het erachter gelegen gebied een tweede kop ontstaat; dit kan pas gebeuren, nadat de oorspronkelijke kop verwijderd is, of ook wanneer een deel van het weefsel b.v. door sterke groei, buiten bereik van de invloedssfeer van de kop komt; dit laatste b.v. bij kolonievormende of zich ongeslachtelijk, door deling vermenigvuldigende organismen, waar de plaats van ontstaan van nieuwe individuen op deze wijze geregeld wordt. Volgens de opvatting van Child berust deze overheersende invloed van de kop op het feit, dat vooraan de fysiologische activiteit van het weefsel het grootst is; naar achteren toe zou deze activiteit geleidelijk afnemen (z.g. axiale gradiënt). Van deze regeneratieprocessen bij lagere dieren onderscheidt zich de regeneratie van een verloren gegaan lichaamsdeel (b.v. poot of staart) bij de amfibieën in niet onaanzienlijke mate. In de eerste plaats levert de regeneratieknop hier altijd juist een vervanging van het ontbrekende deel; bovendien treden geen verschijnselen van morfallaxis in het oude weefsel, onder invloed van het regeneraat, op.
Daarentegen staat hier de ontwikkeling van het regeneraat duidelijk onder invloed van de achtergebleven orgaanrest. Indien een orgaan geheel verwijderd wordt, zonder resten achter te laten, blijft regeneratie uit deze kan dus alleen van de achtergebleven resten uitgaan. Toch is het regeneraat geen directe uitgroeiing van de in het wondvlak blootliggende weefsels; er vormt zich ook hier op het wondvlak een regeneratieknop uit ongedifferentieerde cellen, waarin eerst later de verschillende weefsels van het regeneraat zich differentiëren. Ook hier kunnen we, evenals in de embryonale ontwikkeling, vragen naar de factoren, die de ontwikkeling van het regeneraat bepalen. Deze determinerende factoren blijken in de resten van het oorspronkelijke orgaan gelocaliscerd te zijn. Een jonge regeneratieknop is nog niet gedetermineerd; zo kan
b.v. een jonge pootregeneratieknop, na verplanting op het wondvlak van een afgesneden staart, een staart leveren . Na enkele weken gaat dit niet meer: een oudere pootregeneratieknop levert, na overplanting op de staart, toch een poot. De knop is dus intussen gedetermineerd tot pootvorming; hij draagt nu een regeneratieveld, dat dezelfde eigenschappen (regulatievermogen, transponeerbaarheid) heeft als de organisatievelden in de embryonale ontwikkeling. Zo kunnen twee of meer pootregeneratieknoppen, tot versmelting gebracht, één enkele poot leveren; omgekeerd kan uit een deel van een knop eveneens een volledig orgaan ontstaan. Evenals in de embryonale ontwikkeling valt dit veld trapsgewijs in zijn ondervelden uiteen.
Het probleem, hoe de nauwkeurige aansluiting van de organen, die zich uit de regeneratieknop differentiëren, bij de achtergebleven organen in het wondvlak tot stand komt, is nog niet opgelost. Men zou kunnen denken, dat het regeneratieveld in de knop de directe voortzetting is van een bewaard gebleven veld in de stomp, dat zich ononderbroken over het nieuwe materiaal uitbreidt. Dit blijkt echter niet het geval te zijn: ook na ingrijpende wijzigingen ja zelfs na gehele verstoring van de ligging der weefsels in de stomp, kan een harmonisch regeneratieveld in de knop gevormd worden. Blijkbaar is dit veld dus geen voortzetting van een reeds bestaand veld in de stomp, maar ontstaat het opnieuw, in afhankelijkheid van de aard van het wondvlak. Een verdere analyse van deze verschijnselen moet afgewacht worden, voordat men zich een helder beeld zal kunnen vormen van deze processen.
CHR. P. RAVEN
A. Dalcq, L'oeuf et son dynamisme organisateur, 1941.
J. S. Huxley and G. R. de Beer, The Elements of Experimental Embryology, 1934.
Chr. P. Raven, Ontwikkelingsphysiologie der dieren, 1948.
W. Schleip, Die Determination der Primitiventwicklung, 1929.
H. Spemann, Experimentelle Beiträge zu einer Theorie der Entwicklung, 1936.
P. Weiss, Principles of Development, 1939.
