(1, dierkunde), of beter ontwikkelingsphysiologie (causale embryologie), is een onderdeel van de dierkunde de, dat zich bezighoudt met de studie der oorzaken, die het ontstaan van de dierlijke vorm (in de ruimste zin) beheersen. Het is dus een causale wetenschap, die het experiment als onderzoekingsmethode nodig heeft.
De experimentator wijzigt een bepaalde factor en gaat na, welke afwijkingen van de normale ontwikkeling daardoor optreden, onderzoekt dus hoe het verloop der ontwikkeling van de gewijzigde factor afhangt.De grondslagen voor deze wetenschap werden gelegd door Wilhelm Roux (1884). Talrijke onderzoekers bewogen zich op dit gebied bijv. H. Spemann en in Nederland vooral M. W. Woerdeman en C.
P. Raven.
Wij geven een voorbeeld van de problemen met welker oplossing deze wetenschap zich bezighoudt. Bij kikvorsembryonen ontstaat evenals bij de andere gewervelde dieren de oogblaas (z oog, verg. anat.) uit de neuraalplaat (z ontwikkelingsgeschiedenis,!) en groeit als oogbeker naar het ectoderm (toekomstige opperhuid). Daar waar de oogbeker het ectoderm aanraakt, verdikt zich deze laag en vormt de lens van het oog, die zich van het ectoderm vrijmaakt en in de opening van de oogbeker (de pupil) komt te liggen. Door welke invloed treedt nu de lens op? Er zijn twee mogelijkheden
1. de oogbeker levert de prikkel tot het ontstaan van de lens; wij spreken dan van een afhankelijke differentiëring van de lens.
2. De lens ontstaat althans schijnbaar volkomen zelfstandig, onafhankelijk van de aanwezigheid van de oogbeker (zelfdifferentiëring).
Bij vele kikvorssoorten is de eerste mogelijkheid gerealiseerd. Dit blijkt uit de volgende proeven. Vervangt men bij een zeer jong embryo de huid (ectoderm), die normalerwijze de lens gevormd zou hebben, door een stukje huid van een willekeurig deel van de kop, dan vormt dit laatste stukje huid toch een lens, wanneer de groeiende oogbeker het bereikt heeft. Men heeft ook bij het jonge embryo de oogblaas uitgesneden en op een willekeurige plaats bijv. ergens onder het ectoderm gebracht. Ook in dit geval werd door dit stukje buikectoderm een lens gevormd, wanneer het door de oogbeker werd aangeraakt. Bij deze afhankelijke differentiëring groeit dus zulk een stukje ectoderm niet uit tot zijn oorspronkelijke bestemming (opperhuid), maar tot dat wat zijn omgeving van hem verlangt (lens).
De mogelijkheid van ontwikkeling van de lens door zelfdifferentiëring beschreef Spemann bij embryonen van de groene kikvors (Rana esculenta). Wordt bij het zeer jonge embryo de oogblaas weggenomen en het stukje los geprepareerd ectoderm (huid) weer dichtgeklapt, dan ontwikkelt zich op de normale plaats een echte lens uit het ectoderm buiten aanwezigheid van de oogbeker.
In het eerste geval was de ontwikkeling van de lens uit het ectoderm de reactie op de prikkel, die door de oogbeker werd uitgeoefend. Zulk een ontwikkelingsproces, waarbij een weefsel de stoot tot ontwikkeling ontvangt van een ander weefsel of orgaan, noemt men een inductie, terwijl het weefsel of orgaan, waarvan de inductiewerking uitgaat, door Spemann organisator genoemd werd. In dit voorbeeld wordt dus door de oogblaas (inductor) de vorming van de ooglens geïnduceerd. Het huidectoderm, dat de lens levert, vormt het reactiesysteem.
In dit verband bespreken wij de begrippen prospectieve betekenis en prospectieve potentie. De prospectieve betekenis van een kiemdeel omvat dat wat er in een normaal geval uit ontstaan zal. Het is bijv. de prospectieve betekenis van een stuk van het ectoderm van de buikzijde van het jonge embryo een deel van de opperhuid van de buikzijde te vormen. De prospectieve potentie bijv. van het ectoderm van de kop van het embryo van de kikvors omvat niet alleen de vorming van kop-opperhuid maar ook de vorming van een lens, want waar ook de oogbeker dit ectoderm aanraakt, ontstaat een lens. Het is belangrijk dat bij het ouder worden van het embryo de potentie voortdurend afneemt, want bij het oudere embryo vormt het kopectoderm slechts opperhuid: het kan geen lens meer leveren.
Een ander voorbeeld van inductiewerking levert, zoals proeven hebben aangetoond, het archenterondak (chorda- mesodermplaat. z ontwikkelingsgeschiedenis), dat het er boven liggende ectoderm induceert tot vorming van een neuraalplaat wanneer dit ectoderm (reactiesysteem) zich althans in een stadium bevindt, waarop het voor de inwerking van de organisator gevoelig is. Men denkt hierbij aan een chemische inwerking van de inductor op het reactiesysteem. Opgemerkt moet worden, dat deze inwerking geen specifieke is. Een stukje primitiefstreep (z ontwikkelingsgeschiedenis) van een kip kan op een blastula van een salamander een neuraalplaat doen ontstaan enz. Zelfs gedood materiaal heeft een inducerende werking. Een stukje gekookt kikkerei kan op een blastula een organisatorische werking uitoefenen.
Ook de beantwoording van de vraag naar de oorzaken van het bij verschillende dieren zo verschillend verloop der eiklieving behoort tot het gebied der ontwikkelingsphysiologie.
Op grond van het verloop der klieving worden regulatie- en mozaiek-eieren onderscheiden (z eiklieving). Bij de laatstgenoemde is het verloop der ontwikkeling van de aanvang vastgelegd (gedetermineerd). Het blijkt echter dat er geen principieel verschil tussen beide categorieën bestaat.
De vraag naar de oorzaken van het verloop der klieving van het ei is uit de aard der zaak slechts een onderdeel van de vragen, die het algemeen determinatie-probleem stelt, dat zich bezig houdt met het onderzoek van de oorzaken van de verschillende ontwikkelingsprocessen, die zich in het embryo afspelen. Waarom levert het ene deel van het embryo een chorda. het andere deel een neuraalplaat enz. ?
In vroegere eeuwen meenden men de beantwoording van dit vraagstuk in de praeformatie-theorie te vinden in tegenstelling met de leer der epigenesis (z ontwikkelingsgeschiedenis). Sinds G. F. Wolff weten wij nu, dat de ontwikkeling een sterk epigenetisch karakter draagt, d.w.z. dat tijdens de ontwikkeling voortdurend nieuwe structuren ontstaan, die eerst niet aanwezig waren. De ruimtelijke structuur van het volwassen dier is dus niet in het ei gepraeformeerd maar ontstaat telkens opnieuw gedurende de ontwikkeling. Maar het is duidelijk dat deze ruimtelijke of extensieve menigvuldigheid van het volwassen individu reeds in het ei aanwezig moet zijn. hoewel in andere vorm (als niet-ruimtelijke of intensieve menigvuldigheid C.
P. Raven), want uit een kippenei ontstaat slechts een kip en geen eend.
Ter verduidelijking van deze termen zij opgemerkt, dat de menigvuldigheid van het ei een niet-ruimtelijke is, omdat de verschillende bestanddelen die het bevruchte ei opbouwen niet aan vaste plaatsen gebonden zijn maar min of meer homogeen verdeeld in het ei voorkomen, terwijl bij de ruimtelijke menigvuldigheid de verschillende delen naast elkaar in de ruimte gerangschikt zijn.
Wanneer wij de opeenvolgende processen overzien, die zich bij de ontwikkeling van het bevruchte ei bijv. van een gewerveld dier afspelen, kunnen wij zeggen dat zulk een ei bilateraal-symmetrisch van bouw is, waarbij rug- en buikzijde voor- en achterste uiteinde reeds vastgelegd zijn. In verband met deze bouw zijn gepraeformeerde determinatiestoffen plaatselijk opgehoopt. De ontwikkeling geschiedt onder wederzijdse beïnvloeding der delen, terwijl nieuwe stoffen gevormd worden en in plasma en kern gelocaliseerd worden onder toenemende chemische differentiatie der bestanddelen. Hiermee gaat materiaalverplaatsing samen, waardoor nieuwe topografische verhoudingen optreden, waardoor nieuwe inwerking van de delen op elkaar mogelijk wordt door inductie (Raven). Ten slotte uit zich de toenemende chemische differentiatie der cellen in weefseldifferentiatie, die eindelijk tot de definitieve differentiatie der organen voert.
Boven zeiden wij, dat de ontwikkeling een sterk epigenetisch karakter draagt. Algemeen wordt dan ook tegenwoordig de theorie der neo-epigenesis gehuldigd, omdat de extensieve menigvuldigheid van het latere organisme noch in het plasma noch in de kern van de bevruchte eicel gepraeformeerd is; de ontwikkeling gaat dus gepaard met een vermeerdering der extensieve menigvuldigheid, die in het eiplasma nog ontbreekt of zeer gering is. Daartegenover nam de neo-praeformatie- (neo-evolutie-) theorie van Weissmarm aan, dat bij de eiklieving een kerndeling plaats zou vinden, die 2 kwalitatief verschillende dochterkernen zou leveren, zodat de ontwikkeling zou berusten op een kwalitatief ongelijkwaardige verdeling van een in de kern van het bevruchte ei gelocaliseerd ruimtelijk systeem van ontwikkelingsfactoren (C. P. Raven). De onjuistheid dezer theorie blijkt reeds uit proeven van H.
Driesch, waarbij zeeëgeleieren zich ontwikkelden tussen 2 glasplaten, zodat ze enigszins afgeplat waren. De klievingscellen kregen dan een volkomen abnormale ligging ten opzichte van elkaar en bovendien kwamen hun kernen in andere cellen te liggen dan in het normale geval. Toch ontstond na verwijdering der glasplaten een normaal embryo, zodat van een kerndeling in 2 ongelijkwaardige dochterkernen niet gesproken kan worden en de ontwikkeling niet bestaat in het op zijn plaats brengen van stoffen, die in het bevruchte ei reeds een verdeling zouden bezitten overeenstemmend met die van het volwassen dier.
PROF. DR J. E. W. IHLE
Lit.: Uit de zeer omvangrijke lit. noemen wij slechts: C. P. Raven, Ontwikkelingsphysiologie d. dieren (Gorinchem 1948); J. A. Bierens de Haan, Ontwikkelingsmechanica, in: Ihle en Nierstrasz, Leerb. der alg. dierkunde (Utrecht 1929); M. Ar on et P. Grassé, Biologie animale 4e éd. (Paris 1948).
(2, bij de mens). De beschrijvende embryologie, die evenals de vergelijkende embryologie met het werk van Karl Ernst von Baer (1792-1876) ongeveer van 1828 af systematisch aangevat werd, beperkt zich tot de vragen hoe de ontwikkelingsprocessen bij de organismen verlopen en hoe in de verschillende stadia van ontwikkeling de vorm en de structuur van de embryo’s zijn. Dit zijn dus de vragen die de formale genese betreffen.
Aan Wilhelm Roux (1850-1924) is een nieuwe richting in het embryologisch onderzoek te danken, die hij ontwikkelingsmechanica noemde. Hiermede bedoelde hij de studie van de aard en de omvang van de factoren die de ontwikkeling bepalen. Hierbij gaat het dus om de problemen van de causale genese. Om de onjuiste term „mechanica” te vermijden, die als al te bekrompen uiting van het materialisme van de 19de eeuw werd opgevat, spreekt men thans van ontwikkelingsphysiologie. Ook de termen causale embryologie en experimentele embryologie worden gebruikt. In het voor hem gestichte Instituut voor Ontwikkelingsgeschiedenis en Ontwikkelingsmechanica (1884), het eerste instituut van dien aard, verrichtte Roux zijn eerste proeven op embryologisch materiaal. (1888). Ook de oprichting van Roux’s „Archiv für Entwicklungsmechanik der Organismen” heeft veel bijgedragen tot de snelle ontplooiing van deze wetenschap.
Het is merkwaardig dat de praeformatie- of evolutie-theorie, die door het werk van C. F. Wolff (1734-1794) onhoudbaar was gebleken en die moest wijken voor de epigenesistheorie, waardoor de baan voor het werk van von Baer werd vrijgemaakt, door de ontwikkelingsmechanica tot nieuw leven werd geroepen. Sedertdien geldt niet meer „praeformatie óf epigenesis”, maar „praeformatie èn epigenesis”.
Onder praeformatie verstond men de aanwezigheid in eicel (ovisten), zaadcel (animalculisten) of bevruchte eicel, van alle weefsels en organen in minuscule en dus onzichtbare afmetingen. Deze weefsels en organen behoefden zich alleen maar te ontwikkelen (vandaar de term evolutie-theorie in dit verband) om in het groeiende lichaam zichtbaar te worden. Iets nieuws ontstond tijdens de ontwikkeling dus niet; alles was er al, zij het in het klein.
De epigenesis-theorie betoogt het tegendeel: alles wordt bij de ontwikkeling nieuw gevormd, van weefsels en organen is aanvankelijk geen sprake.
Uit de experimenten bleek nu al spoedig, dat een consequente epigenesis-theorie evenmin houdbaar was, als de praeformatie-theorie. Het bleek nl. dat in een stadium van ontwikkeling, waarop van organen nog geen sprake is, toch reeds bepaalde gebieden voorbestemd zijn om bepaalde organen te vormen. Men noemde deze gebieden de praesumptieve orgaan-gebieden.
De localisatie in de kiem openbaart zich aan de oppervlakte van het ei als een mozaïek van nevengeschikte orgaanvelden. Exstirpeert men een bepaald veld geheel of ten dele, dan kan zich het er bij behorende orgaan niet meer of niet meer volledig ontwikkelen. Bij sommige andere diersoorten scheen dit aanvankelijk niet zo te zijn.
Bij exstirpatie waren de omgevende gebieden in staat het tekort aan te vullen. Men noemde dit verschijnsel organische regulatie en onderscheidde „regulatie-eieren”, die tot regulatie in staat waren, van „mozaïek-eieren”, die dit vermogen misten. Later is gebleken dat ook mozaïek-eieren in een vroeger stadium regulatievermogen bezitten, terwijl regulatie-eieren in een later stadium dit vermogen verliezen en tot mozaïek-eieren worden. Het onderscheid bleek dus te berusten op een verschil in tempo. Het orgaan dat een orgaanveld tijdens het mozaïek-stadium zal gaan vormen, noemt men de prospectieve betekenis van dat veld.
Tijdens het regulatie-stadium is er niet alleen sprake van een prospectieve betekenis, maar van een meer omvattend vermogen dat alleen tot uiting komt wanneer door verstoring van een naburig veld regulatie intreedt. Dit meer omvattende vermogen noemt men prospectieve potentie. Van een praeformatie in de oude zin van het woord is dus geen sprake.
Tot de oplossing van de vraag naar de aard en de omvang van eventuele gepraeformeerde factoren in het ei en die van epigenetisch zich ontwikkelende factoren, is men nader gekomen door het onderzoek van de wederzijdse beïnvloeding van de orgaangebieden.
Tegen de aanvankelijk door Roux aangenomen onafhankelijkheid rezen ernstige bezwaren. Nadat het vaststond, dat de orgaangebieden van elkaar afhankelijk zijn, werd door een groot aantal ingenieuze en technisch uiterst moeilijke experimenten de aard van die afhankelijkheid nader opgehelderd. Hierbij bleek dat een zich tot orgaan ontwikkelend gebied het naburige gebied eveneens tot orgaanvorming beïnvloedt. Dit verschijnsel noemt men „inductie”. Het gebied waarvan de inductie uitgaat heet „inductor”, terwijl het gebied dat de inductie ondergaat het „reactie-systeem heet”. Het allereerste inductiegebied werd door H. Spemann „organisatie-centrum” genoemd en gelocaliseerd in de dorsale randzone van de oermond, een gebied waaruit zich de chorda dorsalis en de oersegmenten vormen.
Het inductieproces is een kettingproces dat, uitgaande van het organisatiecentrum, zich steeds verder in de zich ontwikkelende vrucht uitbreidt. De vraag naar de aard van de inductiewerking werd aangevat, sedert M. W. Woerdeman, hoogleraar te Amsterdam, in 1933 aantoonde, dat bij de vorming van de oermond in de cellen van de rand daarvan, die dus het organisatiecentrum leveren, glycogeenafbraak optreedt. Sedertdien is gebleken, dat bij de inductie chemische processen van grote betekenis zijn en bovendien werd de aandacht der embryologen gevestigd op de chemie van de ontwikkeling, waardoor een nieuwe tak van onderzoek, de chemische embryologie, ontstond. De chemische embryologie maakt in de laatste jaren een toenemend gebruik van serologische methoden. Terwijl de studie van het inductieproces tal van vraagstukken betreffende de orgaanontwikkeling ophelderde, bleef het allereerste begin, tot aan het ontstaan van het organisatiecentrum, nog duister.
Het voortschrijdende onderzoek van de celstructuur (cytologie = celleer), van het bevruchtingsproces, van de eigenschappen van de bevruchte eicel (cytogenetica o.a.) heeft de betekenis doen zien van het feit dat de organische ontwikkeling van een organisme (bevruchte eicel), uitgaat, dat reeds eigenschappen heeft die de verdere ontwikkeling begrijpelijk kunnen maken. Deze eigenschappen zijn:
1. de polariteit, waarbij een animale pool van een vegetatieve pool wordt onderscheiden;
2. de bilaterale symmetrie, waardoor ook reeds bij het bevruchte ei een linker- en een rechterhelft zijn te onderscheiden;
3. alle algemene celeigenschappen, zoals bijv. het onderscheid tussen kern en celprotoplasma en een ingewikkelde chemische en physico-chemische samenstelling;
4. gradiënt-systemen, d.w.z. verschillen in concentraties van bepaalde stoffen tussen de verschillende gebieden.
De ingewikkeldheid van het ei noemt C. P. Ra ven „niet ruimtelijke, intensieve menigvuldigheid”. Bij de ontwikkeling gaat deze menigvuldigheid over in een „ruimtelijke, extensieve menigvuldig heid”. Deze overgang zou men epigenesis kunnen noemen. In zoverre ook reeds in het ei ruimtelijke extensieve menigvuldigheid aanwezig is, kan men spreken van praeformatie.
De methoden van de ontwikkelingsmechanica zijn uiterst verscheiden en veelal technisch zeer moeilijk. Bij de microdissectie of micrurgie gebruikt men een zeer dunne glasnaald om gedeelten van het ei te verstoren of weg te nemen. Bij jonge stadia kan men ook met behulp van een haar gedeelten van de vrucht afsnoeren. Men kan ook ingrijpen in het normale beloop van de ontwikkeling door middel van Röntgenstralen, chemische stoffen, temperatuurveranderingen e.d. Interessant is ook de methode door W. Vogt (Duitsland) en onafhankelijk van hem door Goodale (V.S.) geïntroduceerd om door het aanbrengen van kleurmerkjes op het oppervlak van het ei, het lot van een bepaald gebied te volgen.
Door centrifugeren kan men de inhoud van het ei rangschikken naar s.g. en de invloed van deze ernstige verstoring van de normale orde bestuderen. Van groot belang zijn: de implantatie, d.w.z. het exstirperen van een klein gebied dat men dan overbrengt naar een ander gedeelte van het lichaam; de transplantatie, waarbij men het geëxstirpeerde gedeelte overbrengt op een ander dier, nl. op een zeer nauw verwant dier: syngenesio-transplantatie; een dier van dezelfde soort: homoio-transplantatie; van een verwante soort: heterotransplantatie; of van een geheel andere soort: xenotransplantatie.
Van explantatie spreekt men, wanneer men een deel van een organisme buiten organisch verband, in een voedingsvloeistof kweekt: weefselkweek of cultures in vitro. R. G. Harrison heeft in 1907 daarmede een begin gemaakt en deze methode is ook voor de histologie uiterst vruchtbaar gebleken.
In Nederland kwam de ontwikkelingsmechanica, sedert M. W. Woerdeman in 1920 deze wetenschap introduceerde, tot grote bloei. Van zijn leerlingen heeft C. P. Raven, sedert 1938 hoogleraar te Utrecht, weer een eigen groep van medewerkers om zich heen verzameld.
Andere leerlingen van Woerdeman, mej. J. H. Bijtel, J. H. van Deth en H. A.
L. Trampusch e.a. hielden zich vooral bezig met de problemen van de embryonale inductie, G. ten Cate werkt vooral op chemisch-embryologisch gebied. De weefselkweek heeft in Nederland in de Leidse hoogleraar in de experimentele histologie, P. J. Gaillard, een meesterlijk bewerker gevonden.
DR A. DE FROE
Lit.: C. P. Raven, Ontwikkelingsphysiologie d. dieren (Gorinchem 1948); J. Boeke, Leerb. d. ontwikkelingsgesch. v. d. Mensch (Utrecht 1949) ; A. Dalcq, L’œuf et son dynamisme organisateur (Paris 1941); J.
S. Huxley & G. R. de Beer, The Elements of Experimental Embryology (Cambridge 1934) ; F. E. Lehmann, Einführung in die physiologische Embryologie (Basel 1945) ; H. Spemann, Experimentelle Beiträge zu einer Theorie der Entwicklung (Berlin 1936); J.
Needham, Chemical Embryology, 3 dln (Cambridge 1931); J. Brächet, Embryologie chimique (1944).
