Morphogenetic movements and segmentation of posterior egg fragmentsin vitro

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Abstract
Eggs ofCalliphora were operated (I) at the undifferentiated blastoderm stage, (II) after blastoderm differentiation and in the stages showing border furrows and the beginnings of gastrulation, and (III) during forward extension of the posterior germ band region along the dorsal egg surface. The operation consisted of cutting off up to 1/3 of the egg anteriorly and removing the posterior egg fragment from the vitelline membrane for culture in a hanging drop. As control experiments for the “explanted” egg fragments, anteriorly pricked eggs and corresponding posterior fragments not removed from the vitelline membrane were cultured in hanging drops. Different technical prerequisites for the sterile culture ofCalliphora embryo fragmentsin vitro were tested. Development of the living embryo fragments was followed, and representative embryos fixed and microscopically examined for comparison with normally developing embryos. In explants I cell formation in the blastoderm did not reach completion and the blastoderm nuclei did not divide further. Slight contractions of parts of the preblastoderm did occur, but no morphogenetic movements. —In control fragments cell formation mostly proceeded further, but gastrulation was abortive except in large fragments. In explants II, irregular immigration of mesoderm cells was possible in fragments explanted before mesoderm groove initiation, but the explants did not develop further. Invagination of mesoderm through a groove, followed by segmentation of the germ band and some differentiation, was possible only in explants operated after initiation of groove formation. The germ band did not extend antero-dorsally, but became folded laterally, these folds foreshadowing the intersegmental boundaries formed later. Organogenesis and histological differentiation were in many respects abnormal. — In contrast, mesoderm invagination and initiation of germ band extension were possiblein control fragments operated before mesoderm groove initiation, although abnormalities in gastrulation were common. Explants III, despite cessation of germ band extension after explantation, often underwent further development resulting in histologically differentiated partial embryos, showing various abnormalities in organogenesis. The dorso-lateral furrows often persisted until segmentation and may correspond to primitive intersegmental furrows. The hind-gut and part of the posterior mid-gut-rudiment often evaginated during germ band contraction. Only when avitelline membrane was present did the germ band continue to extend antero-dorsally and, although this extension was rarely complete, further development with normal organogenesis and histological differentiation took place. Of the three germ layers, the ectoderm most closely approached normal differentiation in both explants and control fragments, with differentiation of nerve ganglia, tracheae, salivary glands, and a hind-gut epithelium with Malpighian tubules. Differentiation of the mesoderm in the explants was confined to muscle fibres situated near the ganglia. The endoderm remained undifferentiated in explants but formed a mid-gut epithelium in some control fragments, when splanchnic mesoderm was also present. The bearings of these results on morphogenetic problems in the insect egg is discussed. Eier vonCalliphora wurden (I.) im Vorblastodermstadium mit Polzellen, (II.) während der Differenzierung des Blastoderms und des Beginns der Primitivrinnenbildung und (III.) während des Schichtenbaues und der Streckung des Keimstreifs rückwärts auf die dorsale Eiseite operiert. Das Chorion wurde abgeschält, der Vorderpol bis zu 1/3 der Eilänge gekappt, und das Eifragment vorsichtig aus dem steifen sog. Dotterhäutchen ausgedrückt. Für die Weiterentwicklung wurden Steriltechnik, Kulturmedien und verschiedene Unterlagen im hängenden Tropfen erprobt. In den meisten Fällen war eine physiologische Salzlösung mit Zuckerzusatz und ein Stückchen Cellophanpapier benutzt worden. Als Kontrollversuche zur Entwicklung der „Explantate“ dienten vorn angestochene Eier und Posteriorfragmente mit ihrer Vitellinmembran, die zu gleicher Zeit und auf gleiche Weise im hängenden Tropfen kultiviert wurden. Der Entwicklungsablauf in vitro wurde am lebenden Objekt beobachtet und nach Fixierung in Schnittpräparaten lichtmikroskopisch ausgewertet. Kein Medium ist optimal gewesen. Junge Explantate werden etwas flacher und kleben an der Unterlage. Die Kontrollfragmente entwickeln sich im allgemeinen besser als die zugehörigen Explantate. Der Keim ragt manchmal aus der Vitellinmembranhülse heraus. Explantate des I. Operationsstadiums vermehren die Kerne nicht und vollenden nicht die Bildung der Zellgrenzen, sondern reduzieren sie. Geringe Kontraktionen des Eimaterials kommen vor, Gestaltungsbewegungen aber nicht. — InKontrollfragmenten schreitet die Bildung und Differenzierung des Blastoderms fort, die Gastrulationshewegungen werden in stark verkürzten Eiern abnorm. Explantate des II. Operationsstadiums entwickeln sich irregulär weiter, wenn sie noch nicht mit der Bildung der Primitivrinne begonnen hatten. Bei Beginn des Schichtenbaues operierte Eier können einen segmentierten Keimstreif bilden, der sich aber am Hinterpol nicht typisch dorsal wendet. Die Serosa ist oft geschwollen. Nicht unterlagertes Mesoderm bleibt bis auf eine kleine Portion untypischer somatischer Muskulatur nahe den Neuromeren undifferenziert. Die klaffenden Seitenplatten können...