Нобелови лауреати – Ханс Шпеман

Ханс Шпеман (Hans Spemann),

27 юни 1869 г. – 12 септември 1941 г.

Нобелова награда за физиология или медицина, 1935 г.

(За откриването на организиращите ефекти в ембрионалното развитие.)

Немският ембриолог Ханс Шпеман е роден в Щутгарт в семейството на книгоиздателя Йохан Вилхелм Шпеман и Лизинка Шпеман (Хофман). Ханс е най-голямото от четирите деца на семейство Шпеман. Той завършва гимназията "Еберхарт-Лудвиг" и макар че го увличала много класическата литература, решава да се посвети на медицината. Като работи една година в предприятието на баща си и служи още една година в армията, Шпеман постъпва през 1891 г. в Хайделбергския университет.

Отначало Шпеман има намерение да стане лекар, но докато учи, проявява такъв голям интерес към ембриологията, че решава да остави практическата медицина и да се заеме с изследователска дейност. В края на 1893 г. напуска Хайделберг, учи през зимата в Мюнхенския университет и през пролетта започва да работи над дисертацията си по ембриология в Зоологическия институт към Вюрцбургския университет. Негов ръководител е Теодор Бовери, един от водещите ембриолози в света.

Още в самото начало на своята изследователска кариера Шпеман поставя пред себе си редица въпроси, вълнуващи по това време ембриолозите. По-късно той формулира тези въпроси така: "Как се осъществява хармоничното взаимодействие между отделните процеси, в резултат от което се формира единен цялостен процес на развитие? Протичат ли тези процеси независимо един от друг, като са от самото начало толкова точно балансирани, че в края на краищата довеждат до формирането на сложния "продукт" на цялостния организъм, или се осъществява тяхно взаимно влияние, при което те се усилват, поддържат или ограничават помежду си?"

Насоката на първите трудове на Шпеман по ембрионално развитие му подсказва неговият колега от Хайделбергския университет Густав Волф. Този учен открива, че ако от развиващото се око на ембрион на тритон се отстрани лещата, от края на ретината ще се развие нова леща. Шпеман е поразен от опитите на Волф и решава да ги продължи, като постави акцента не толкова върху това как се възстановява лещата, колкото върху това какъв е механизмът на първоначалното ѝ формиране.

Нормално лещата на окото на тритона се развива от група клетки на ектодермата (повърхностен слой ембрионална тъкан) в момента, когато един особен израстък на мозъка - caliculus ophthalmicus - достига повърхността на ембриона. Шпеман доказва, че сигналът за формиране на лещата постъпва именно от него. Той открива, че ако се отстрани ектодермата, от която трябва да се образува лещата, и се замени с клетки от съвсем друга област на ембриона, от пресадените клетки започва да се развива нормална леща. За решаването на своите задачи Шпеман разработва извънредно сложни методи и прибори, много от които и до ден днешен се използват от ембриолозите и невробиолозите за най-фини манипулации с отделни клетки.

Междувременно Шпеман завършва докторската си дисертация и през 1895 г. е удостоен със степента доктор на науките. След което остава във Вюрцбург и три години по-късно получава длъжността на лектор по зоология. През 1908 г. се мести в Росток, където заема поста на професор по зоология и сравнителна анатомия. Преди началото на Втората световна война става заместник-директор на Института по биология "Кайзер Вилхелм" ( днес - институт "Макс Планк") в Далем (предградие на Берлин) и работи на тази длъжност по време на цялата война. През 1919 г. става професор по зоология във Фрайбургския университет.

В своите ранни опити с лещата и caliculus ophthalmicus Шпеман доказва, че развитието на ектодермата, от която се формира лещата, зависи от влиянието на ретината. По-нататък той решава да изследва в кои стадии се определя развитието на ембриона като цяло. За тази цел разделя яйцеклетка на тритон на две половини с помощта на примка, направена от човешки косъм. Оказва се, че ако тази операция бъде осъществена в ранните стадии на ембриогенезата (развитието на ембриона), от всяка половина може да се развие цялостен ембрион, макар и по-малък в сравнение с нормалния. Ако същата операция се осъществи по-късно, от всяка половина израства половин ембрион. От което Шпеман прави извода, че "планът за развитие" на всяка половина от яйцеклетката се определя през този промеждутъчен период.

Шпеман не поставя под особено внимание механизмите на процесите, които определят развитието. Той предполага, че ембрионалното развитие е прекалено сложно, за да бъде анализирано на молекулярно равнище и затова съсредоточава своите усилия върху неговата времева последователност, иначе казано - върху това кои части на ембриона се появяват в своето развитие първи и какви са взаимоотношенията между различните части.

За да отговори на тези въпроси, Шпеман пресажда тъкани между зародиши, принадлежащи на два близки по родство видове тритони. Понеже двата вида се различават по цвят, Шпеман може да проследи лесно съдбата на пресадените клетки. Заедно със своите колеги (по-специално с Хилде и Ото Манголд) той открива, че както при първите опити на Волф с лещата, съдбата на пресадената тъкан зависи напълно не от това какъв орган е трябвало да се развие от него при предишното ѝ положение, а от новата ѝ локализация. Същевременно Шпеман забелязва и едно удивително изключение. Оказва се, че определен участък от ембриона, разположен близо до съединяването на трите основни клетъчни пласта (ектодермата, ендодермата и мезодермата), когато бъде пресаден на което и да е друго място на друг ембрион през същия период от развитие, не се развива в съответствие с новото си местоположение, а по-скоро продължава линията на собственото си развитие и направлява развитието на околните тъкани. Тези данни са публикувани от Шпеман и Хилде Манголд през 1922 г.; било доказано, че съществува участък от ембриона, чиято тъкан, след като бъде пресадена на което и да е място на друг ембрион, предизвиква организация на примордиалните структури (най-първите различими структури, появяващи се в хода на ембрионалното развитие) на втория ембрион. Заради това подобни участъци били наречени "организационни центрове".

Както пише по-късно Шпеман, в по-нататъшната му работа по пресаждането на тъкани между ембриони на различни видове е доказано, че "индуциращите стимули не задават специфични свойства [на индуцирания орган], но стартират развитието на тези свойства, които са вече присъщи на реагиращата тъкан... Сложността на развиващите се системи се определя основно от структурата на реагиращата тъкан и... индукторът проявява само стартиращ и в някои случаи насочващ ефект".

Шпеман успява да докаже, че в редица случаи от взаимодействието между ембрионалните слоеве зависи по-нататъшното развитие на отделни групи клетки (и на техните дъщерни клетки) в тези тъкани и органи, в които те трябва да се превърнат в зрелия ембрион. Точните експерименти на Шпеман го довеждат до формулирането на ясни въпроси за причинно-следствените отношения между определени и ясно очертани процеси в развитие на идентифицираните клетъчни групи. Съвкупността от изследванията му поставят основата на съвременното учение за развитието на ембриона.

През 1895 г. Шпеман се жени за Клара Биндер. Семейството има две деца. През свободното си време Шпеман обича да обсъжда с приятели и колеги проблемите на изкуството, литературата и философията. Той често повтаря: "Учен, у когото аналитичният ум не се съчетава, поне в малка степен, с артистични наклонности, според мене, не е способен да разбере организма като цяло". Шпеман умира в извънградския си дом близо до Фрайбург.

Превод от руски: Павел Б. Николов