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Über die Regulation der halbseitigen Organanlagen bei künstlich erzeugten Zwillingen von Triton Alpestris

  • O. Mangold (a1), I. Testa (a1) and C. v. Woellwarth (a1)

Summary

Young gastrulae of Triton alpestris were medianely transsected with a quick cut effected by means of a glass needle. On each of the open median planes of the two halves was grafted the whole presumptive epidermis of a second and, respectively, of a third gastrula in the normal animal-vegetative orientation (fig. 1). Each of the right and left twin combinations thus produced contained therefore all the organ rudiments in half the normal quantity - with the exception of the epidermis rudiment which appeared in one and a half times the normal quantity.

The transplanted epidermal rudiment heals in and afterwards takes part in the formation of the embryo. In the course of gastrulation and neurulation the halved blastopore lip completes itself out of the grafted material which participates in the formation of the nervous system and the mesoderm (including probably notochord and myotomes). On the whole, there arise in favourable cases, straight, well-stretched larvae. More frequently, however, are the larvae with incurvations, persisting yolk plug, or with Spina bifida (see Mangold and Testa 1953, figg. 8-a, b, and 9-a, b, and, above, figg. 2-a, 3-a, 10-a, 11-a). The causes of these deficiencies must be looked for in secondary damages occurring during the operation, in incomplete healing processes, and in disturbances of the gastrulation.

As a rule, a far-reaching regulation of the halved rudiments towards bilaterally built organs takes place, but even in favourable cases it could be observed that some organs were slightly underdeveloped on the inner sides of the twins (these are the completed sides). The head, beside such asymmetries, showed synophthalmous and cyclopean deficiencies in most of the cases.

14 Larvae (7 couples) were chosen out of a greater material to investigate on their microscopical sections the regulation of the inner organs. Marked differences were found to exist between the single organs in this regard (see table I, pag. 391). The best regulation was represented in the mesencephalon showing perfect symmetrical structure in most of the cases (figg. 2-b, 8-c, above). The greater part of the other organs could be practically symmetrical, too, in favorable cases with, however, varying frequency. The lowest degree of regulative power appeared in the myotomes and in the rhombencephalon. The most anteriorly situated myotomes were even exceptionless asymmetrical, i. e. completed but imperfectly (figg. 4-b, 7-c); for most of those situated in the trunk and the tail this is likewise the case, in spite of the late date of the formation of the latter (figg. 4-c, 4-d). Sometimes the myotomes of the two sides resulted to be unequal even when the outward appearance of the trunk and tail seemed perfectly symmetrical: it was then found that their structure was of a less compact nature on the completed sides (fig. 4-c). As to the rhombencephalon, it mosdy was distinctly asymmetrical (figg. 5-b,, 7-b), in contradistinction to the often well-developed symmetry of the spinal chord (figg. 2-c, 4-c).

Such differences of size between the two sides are known to occur also with human twins occasionally (Gedda 1951, Testa 1956).

In the six diagnosticahle cases it was found that all the right-hand members of the twins showed situs inversus viscerum, whereas with the left-hand partners only one inverted case was observed, this being a situs inversus cordis.

In the fold formations (poaches) of the transplanted epidermis could be induced the formation of supernumerary organs of an « according-to-region » type, as for instance noses, prosencephalon, eyes, lenses, balancers (fig. 11-b).

The causes supposed to be responsible for the cyclopean and lateral deficiencies are discussed (page 395).

Zusammenfassung

Junge Gastrulae von Triton alpestris wurden mit einer Glasnadel rasch median durchschnitten und auf die offenen medianen Flächen der beiden Hälften die gesamte praesumptive Epidermis einer zweiten bzw. dritten Gastrula in normaler animal-vegetativer Orientierung aufgesetzt (Abb. 1). Die so entstandenen rechten und linken Zwillingskombinationen enthielten also alle Organanlagen in halber Menge, nur die Epidermisanlage war 1½ fach vorhanden.

Die angeheilte Epidermisanlage wird in die Bildung des Embryos einbezogen. Während der Gastrulation und Neurulation ergänzt sich die halbierte Urmundlippe in dem transplantierten Material, das an der Bildung des Nervensystems und des Mesoderms (wahrscheinlich einschliesslich Chorda und Myotomen) teilnimmt. In toto betrachtet entstehen in günstigen Fällen gerade gestreckte Larven, häufiger aber Larven mit Verkrümmungen, persistierendem Dotterpfropf oder Spina bifida (s. Mangold und Testa 1953, Abb. 8,a, b u. 9 a, b und oben Abb. 2 a, 3 a, 10 a, 11 a). Secundäre Schäden bei der Operation, mangelhafte Verheilung oder Störung der Gastrulation sind als Ursachen der Defekte zu betrachten.

In der Regel erfolgt eine weitgehende Regulation der halbierten Anlagen zu zweiseitigen Organen, doch war auch in günstigen Fällen an einigen Organen eine geringe Unterentwicklung der inneren (ergänzten) Seite der Zwillinge zu beobachten. Der Kopf wies ausser solchen Asymmetrien meistens synophthalme oder cyclopische Defekte auf.

An 14 Larven (7 Paare) aus einem grösseren Material wurde die Regulation der inneren Organe an Schnittpräparaten untersucht. Dabei ergaben sich deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Organen (Zusammenstellung Tabelle I, S.). Die beste Regulation zeigte das Mittelhirn, das meist eine vollkommene Symmetrie erreicht hatte (Abb. 2b, 8c oben). Die meisten übrigen Organe konnten in günstigen Fällen mit wechselnder Häufigkeit ebenfalls praktisch symmetrisch sein. Den geringsten Regulationsgrad wiesen die Myotome und das Rhombencephalon auf. Die vordersten Myotome waren sogar ausnahmslos asymmetrisch, d.h. unvollkommen ergänzt (Abb. 4b, 7c), meist aber auch die in Rumpf und Schwanz (Abb. 4c, 4d), trotz der späten Bildung des letzteren. Manchmal waren die beiderseitigen Myotome auch dann ungleich, wenn Rumpf und Schwanz äusserlich symmetrischen erschienen; sie zeigten dann auf der ergänzten Seite einen lockereren Bau (Abb. 4c). Das Rhombencephalon war meist deutlich asymmetrisch (Abb. 5b, 7b), im Gegensatz zu der oft guten Symmetrie des Rückenmarkes (Abb. 2c, 4c).

Auch bei menschlichen Zwillingen kommen gelegentlich derartige halbseitige Grössendifferenzen vor (Gedda 1951, Testa 1956).

Bei den rechten Partnern war in sämtlichen 6 diagnostizierbaren Fällen Situs inversus der Eingeweide zu beobachten, bei den linken Partnern nur 1 mal ein Situs inversus des Herzens.

In den Faltenbildungen der transplantierten Epidermis konnten überzählige Organe von «regionsgemässem» Charakter (Nasen, Vorderhirn, Augen, Linsen, Haftfaden) induziert werden (Abb. 11 b).

Die vermutlichen Ursachen der cyclopischen und seitlichen Defekte werden diskutiert (S. 395).

RIASSUNTO

Delle gastrule giovani di Triton alpestris furono sezionate medialmente mediante un ago di vetro. Sulla ferita di ciascuna metà fu poi adagiata, secondo l'orientazione vegetativo-animale normale, l'intera epidermide presuntiva di una seconda e, rispettivamente, di una terza gastrula (fig. 1). Le combinazioni gemellari risultanti, destra e sinistra, contengono dunque tutti gli abbozzi degli organi in misura ridotta a metà del normale, ad eccezione dell'abbozzo dell'epidermide cui è stata aggiunta tutta l'epidermide trapiantata aumentandone così la quantità ad una volta e mezza il normale.

L'abbozzo epidermico impiantato ed attecchito ha parte nella formazione dell'embrione. Durante la gastrulazione e la neurulazione l'emiporzione del labbro del blastoporo va completandosi a spese del materiale impiantato, il quale partecipa alla formazione del sistema nervoso e del mesoderma (includendo, probabilmente, Chorda e Miotomi). Le larve ottenute sono diritte e ben distese in lunghezza nei casi favorevoli; più frequenti però sono i casi con incurvazione del tronco, con tappo vitellino persistente oppure con la Spina bifida (vedi Mangold e Testa, 1953, figg. 8-a, b e 9-a, b - e qui sopra figg. 2-a, 3-a, 10-a, 11-a). Come cause di questi difetti si devono considerare danni secondari successi durante l'operazione, guarigione incompleta delle ferite, oppure disturbi nella gastrulazione.

Di regola, si ha una regolazione assai larga degli emiabbozzi nel senso del loro sviluppo ad organi bilaterali, ma anche nei casi favorevoli il lato interno medianoverso (quello completato) risultava un po' meno sviluppato rispetto all'altro lato. Oltre a tali asimmetrie, il capo presentava spesso un sinoftalmo o una ciclopia.

Di 14 larve (7 coppie) trascelte da un materiale più vasto, furono prese in esame le sezioni microscopiche per investigare su di esse la regolazione degli organi interni. Ne risultavano delle differenze distinte tra i singoli organi (vedi tavola I, pag. 391). La migliore regolazione fu trovata nel mesencefalo, il quale si presenta quasi sempre di una bilateralità perfetta (figg. 2-b, 8-c di sopra). I più degli altri organi risultavano praticamente simmetrici anch'essi nei casi favorevoli la frequenza dei quali però variava. La minima capacità regolativa fu osservata nei miotomi e nel rombencefalo. I miotomi situati più anteriormente erano asimmetrici (cioè completati insufficientemente) financo senza eccezione (figg. 4-b, 7-c); quelli del tronco e della coda lo erano nella maggioranza dei casi nonostante la formazione tardiva di quest'ultima (figg. 4-c, 4-d). Qualche volta i miotomi dei due lati risultavano disuguali persino nei casi ove tronco e coda, all'apparenza esterna, sembravano simmetrici: fu trovato che la struttura del lato completato era più incompiuta di quella dell'altra metà (fig. 4-c). Il rombencefalo era quasi sempre di un'asimmetria evidente (figg. 5-b, 7-b), in contraddizione alla simmetria spesso ben sviluppata del midollo spinale (figg. 2-c, 4-c).

Anche nei gemelli umani trovansi talora siffatte differenze di grandezza tra i due lati (Gedda 1951, Testa 1956).

Nei sei casi prestantisi a tale diagnosi, il situs inversus viscerum era presente in tutti i gemelli destri, mentre in quelli sinistri fu osservato un solo caso d'inversione, e questo riguardava il cuore (situs inversus cordis).

Nelle pliche formate dall'epidermide trapiantata era possibile rinvenire organi supernumerari dovuti ad induzione di carattere regionale, come per esempio nasi, prosencefalo, occhi, cristallini, filamenti prensili (figura 11 -b).

Le cause presumibili dei difetti ciclopici e di quelli laterali sono quindi discusse (pag. 395).

RÉSUMÉ

De jeunes gastules de Triton alpestris ont été sectionnées médialement, d'une coupe rapide à l'aide d'une aiguille de verre. Au surface des plans médiaux des deux moitiés obtenues on a soudé l'épiderme présomptif entier d'une autre et, respectivement, d'une troisième gastrule, selon l'orientation végétativo-animale normale (fig. 1). Les deux hémi-gastrules jumelles droite et gauche contiennent donc toutes les ébauches des organes dans une quantité réduite à moitié, à l'exception pourtant de l'ébauche de l'épiderme qui s'y trouve dans une quantité d'une fois et demie la normale.

L'ébauche épidermale greffée participe à la formation de l'embryon. Pendant la gastrulation et la neurulation la hémi-portion de la lèvre blastoporale se complète aux dépens du matériel transplanté, lequel prend part à la formation du système nerveux et du mésoderme (probablement comprenant chorde et myotomes). Considérées en totales, les larves, dans des cas favorables, se présentent droites et bien étirées; plus fréquemment cependant elles montrent le tronc incurvé, la persistance du bouchon vitellin ou bien la Spina bifida (voir Mangold et Testa 1953, figg. 8-a, b, et 9-a, b, et plus haut nos figg. 2-a, 3-a, 10-a, 11-a). Comme causes de ces déficiences peuvent être considérés des lésions secondaires arrivant à l'opération, une guérison incomplète des blessures ou quelqu'entravement de la gastrulation.

En règle, a lieu une régulation bien ample des hémiébauches au sens de leur édification à des organes bilatéraux; on peut cependant observer comme même dans des cas favorables certains organes sont légèrement moins dévéloppés aux côtés internes (ceux qui ont été complétés aux frais du matériel greffé) des jumeaux. Outre ces asymétries, la tête dans la plupart des cas présente des défectuosités au caractère synophthalme ou cyclopéen.

La régulation des organes internes a été recherchée sur les sections microscopiques de 14 larves (7 couples) choisies d'un matériel plus grand. Il en résulte clairement des différences entre des divers organes à l'égard du pouvoir de régulation (voir table I, pag. 391). La meilleure régulation on l'a observée dans le mésencéphale lequel, dans la plupart des cas, se présente d'une 8-c, plus haut). La plupart des bilatéralité parfaite (figg. 2-b, autres organes sont pratiquement symétriques eux aussi, mais seulement dans des cas favorables, dont la fréquence varie. La moindre capacité régulative existe dans les myotomes et dans le rhombencéphale. Les myotomes les plus antérieurs sont même asymétriques (c'est-à-dire complétés imparfaitement) sans aucune exception (figg. 4-b, 7-c), et ceux du tronc et de la queue le sont dans la plupart des cas, malgré la formation tardive de la dernière (figg. 4-b, 4-d). Quelquefois les myotomes des deux côtés résultent inégaux même dans le cas où, à juger de l'apparence extérieure, tronc et queue sont symmetriques: ils se révèlent alors d'une structure moins compacte aux côtés complétés (fig. 4-c). Quant au rhombencéphale, il se présente presque toujours d'une asymétrie prononcée, tout au contraire de la moelle spinale avec sa symétrie souvent bien développée figg. 2-c 4-c).

Chez les jumeaux humains on a trouvé occasionnellement aussi de telles différences de taille entre les mi-côtés (Gedda 1951, Testa 1956).

Dans les 6 cas qui se sont prêtés à une telle diagnose, on a trouvé le situs inversus des viscères dans toutes les six moitiés jumelles droites, tandis que les moitiés gauches ne présentent qu'un seul cas d'inversion regardant le cœur.

Dans les plissements de l'épiderme transplanté il a été possible d'évoquer l'induction d'organes surnuméraires au caractère « correspondant-à la région » comme par exemple nez, prosencéphale, yeux, cristallins, balanciers (fig. 11-b).

Les causes présumables des déficiences cyclopéennes et latérales sont discutées à page 395.

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