Онтогенездегі бластомерлер арасындағы айырмашылықтардың пайда болуын жəне əр түрлі клеткалардың, ұлпалардың пайда болуын, əр түрлі мүшелердің түзілуін дифференциация процесі деп атайды. Дифференциация дамып келе жатқан организмнің құрылыстық, биохимиялық өзгерісі. Оның нəтижесінде клетка, ұлпа, мүше жəне организм бір түрліден көп түрліге айналады. Сонымен дифференциация – жаңа ферменттік жүйенің, ерекше белоктардың, мембраналардың жаңа қасиеттерінің түзілуі жəне физикалық, химиялық өзгерістері, жаңа ішкі ортаның түзілуі.
Детерминация дегеніміз ол басталған дифференциация процестерінің кері айналмауы. Басқаша айтқанда, детерминация клеткалардың потенцияларына байланысты. Потенция дамудың жасырын түрдегі мүмкіндіктері. Жұмыртқаның немесе ұрық бөліктерінің əр түрлі потенциялары болады. Мысалы, кейбір бөліктен толық ұрық пайда болатын болса, оны тотипотентті деп атайды.
Екі бөліктің потенциясы бірдей болса, бірбірінің орнын басып тұрса оларды эквипотентті дейді.
ХХ ғасырда детерминация мен дифференциация мəселесін шешуде неміс ғалымы Г. Шпеман мектебі көп жұмыс жасады. Ол жануарлар ұрығында ұйымдастырушы орталықтар құбылысын ашты, нерв жүйесінің дамуын зерттеді, трансплантация деп аталатын микрохирургиялық əдістерді қолданды.
Трансплантация дегеніміз бір ұрықтың бөлімін екінші ұрыққа енгізу. Аутотрансплантация – бір ұрықтың бөлімін сол ұрықтың басқа бөлігіне отырғызу. Гомотрансплантация – бір түрге жататын жануарлар ұрықтарының бөліктерін алмастыру. Гетеротрансплантация – бір тұқымдастық ішіндегі екі түрге жататын жануарлар ұрықтарының бөліктерін алмастыру.
Г. Шпеман тритонның жұмыртқасын қылмен байлап екіге бөлген. Кейде ядро бір бөлікте қалады да, ал басқа бөлікте ядро болмайды. Ядросы бар бөлігі бөлінеді де, ал ядросы жоқ бөлігі бөлінбейді. Егер қылды босатып ядросыз жерге бір ядро түсірсек, онда ол бөлік бөліне бастайды.
1869 ж. Э. Геккель жəне 1883 ж. В. Ру амфибия жұмыртқаларының дамуын зерттеді. Олардың зерттеулері бойынша айырылып алынған бластомерден толық организм дами алады. Бластомерді бірбірінен айыру əр түрлі механикалық жəне химиялық тəсілдермен жүргізіледі.
Детерминация жəне дифференциация тек жеке клеткалармен емес, сонымен қатар клеткалардың өзара бірбіріне əсер етуімен де байланысты жəне клеткалардың интеграциясына (толық организм құруына) тəуелді.
Кез келген жұмыртқаны алып қарасақ, ол біркелкі, гомогенді емес, жұмыртқа күрделі морфологиялық, биохимиялық жəне физиологиялық құрылысты. Əр жұмыртқаның дамуы дамудың алғашқы сатысынан бастап детерминациаланған. Мысалы, спиральді бөлінетін жұмыртқада əр бластомердің болашағы алғашқы даму сатыларында анықталып қойылған. Ал реттеуші жұмыртқада да сол сияқты. Мысалы, теңіз кірпісі жұмыртқасының 16 бластомер сатысында үстіңгі сегіз бластомерден гаструланың эктодермасы, ортаңғы 4 макромерден, алғашқы ішкі қабырғалары, ал 4 микромерлерден алғашқы мезенхима клеткалары түзіледі. Яғни жұмыртқаның əр бөлігі, əр бластомерлері қатал детерминацияланған.
Мысалы, тритонның бластула сатысында əр клеткалық комплексінің бөлігін бояу арқылы, қай бластомерден қандай мүшелер (нерв жүйесі, ішек эпителиясы, тері жəне басқа органдар) пайда болатынын байқауға болады. Бұл əдісті бірінші Фогт 1925 ж. қолданған. Ол əдіс арқылы презумптивті мүшелердің карталарын жасауға болады. Презумптивті болашақтағы пайда болу деген.
Г.Шпеман бластуланың соңғы кезіндегі пигменттелген тритонның болашақ нерв пластинкасының материалын жəне пигменттелмеген тритонның болашақ тері эктодермасының материалын ауыстырып енгізді. Оның байқағаны ауыстырылған материал жаңа орнында өзінің детерминациясын бұзып жаңа иесінің құрамына байланысты дамиды, атап айтқанда болашақ тері эктодерманың материалы нерв жүйесін құруға қатысады, ал нерв пластинкасының материалы терінің құрамына кіреді.
Г.Мангольд зерттеу барысында эктодерманы ұрықтың əр жеріне ауыстырды. Байқағаны: ауыстырылған материал жаңа орнына байланысты мүшелердің түзілуіне қатысады. Мысалы, эктодерма сомиттерді, бүйрек түтіктерін, хорда, ішек қабырғаларын түзуге қатысады. Энтодерма мен мезодерма да осылайша болды. Шпеман бластула сатысында ұрықта тұрақсыз детерминация бар деген ұғым енгізді.
Енді басқа тəжірибені қарастырайық. Ұрық соңғы гаструла немесе нейрула сатысында. Егер нерв пластинкасының материалын алып ұрықтың басқа бөлігіне енгізсек, сол жерде нерв жүйесінің бөлігі пайда болады. Ал басқа жерге отырғызылған тері эктодермасы тері эпидермисін береді, яғни бұлар жаңа орнына байланысты емес, шығу тегіне қарай жаңа мүшелер бастамасын береді. Осы кезеңде соңғы гаструладан бастап Шпеман бойынша тұрақты детерминация пайда болады.
Г.Шпеман мен Г. Мангольд 1924 жылы бластопордың арқа ернін (хордамезодерманың бастамасы) пигменттелмеген тритоннан алып пигменттелген тритонның құрсақ эктодермасының астына енгізеді. Бір тəулік өткеннен кейін пигменттелген тритонның құрсақ жағында нерв түтігі, сомиттер, хорда жəне эмбрионалды бүйректің бастамасы пайда болды. Тіпті астындағы энтодерма да өзгерді. Оның ішек қуысы қалыптасты. Енгізілген хордамезодерманың материалынан əдетте хорданың бөліктері жəне мезодерма сомиттері дамиды. Ал рецепиент (ие) материалынан құрсақ жағында ешқашан қалыптаспайтын нерв түтігі жəне мезодерманың кейбір бөліктері пайда болды.
Бұл құбылысты эмбрионалды индукция деп атайды. Ал бластопордың дорсальды ерні Шпеманның тəжірибесінде индуктор деп аталады. Бірақ Шпеманның өзі оны ұйымдастырушы (организатор) деп атаған.
Нерв пластинкасының индукциясын зерттеуде И.Гольтфретер көп еңбек сіңірді. И.Гольтфретер 1938 жылы тритонның гаструласынан ұсақ бөліктерін алып стандартты ортаға отырғызды. Нəтижесінде эктодерма бөлімінен эпителий түзілмейді, клеткалар бірбірінен ажырап кетеді, ал энтодермадан ішек эпителиі жəне бауыр эпителиі тəрізді құбылыстар пайда болады. Бластопордың дорсалды ернінен эксплантация (организмнен бөлек алып тастау) жағдайында бүкіл организмнің дамуы басталуы мүмкін. Ұрықтың бас жағымен құйрық жағы белгіленеді. Онда хорда, мезодерма, нерв түтігі пайда болады. Нерв түтігінің алдыңғы жағында ми тəрізді ұлғаю, жанында эпидермис, мезенхималық клеткалар түзіледі.
Сонымен, Г.Шпеман өзінің зерттеулерінің нəтижесінде, бластопордың арқа ернінде «ұйымдастырушы орталықтар» бар деген қорытындыға келді. Сол кезден бастап ұрықтық даму – жаңа «индукторлар» мен «ұйымдастырушылардың» пайда болуымен сипатталатын болды.
«Индуктор» табиғатының да ерекшеліктері бар. Мысалы есту көпіршігін амфибия ұрығы денесінің бүйір жағына отырғызса, ол қосымша аяққолдың бастамасын береді. Сол көпіршік басқа бөлімде жəне басқа сатыда есту капсуласын береді.
«Индукторларды» жануарлардын бір түрінен алып басқа түріне енгізсе (мысалы құстан амфибияларға) онда да ол өз индукциясын жасайды жəне индуктордың құрылысын бұзса, олардың клеткаларын өлтірсе де ол өз индукциясы қабілетінен айырылмайды.
Тірі организатордың индукциясы нəтижесінде трансплантатқа жақын жатқан клеткалық материал немесе ауыстырылған материалдың өзі тұтас организмге дами бастайды. Барлық «ұйымдастырушыларды» зерттейтін тəжірибелер полиэмбриония мүмкіндігінің барын көрсетеді.
Г.Шпеман мен Г.Мангольд айдаршалы тритонның бластопорының арқа ернін жай тритонның ұрығының бүйіріне отырғызғанда, жай тритонның бүйір жағында айдаршалы тритонның қосымша ұрығы дамыған.
Мұндай тəжірибелер құстардың, балықтардың жəне сүтқоректілердің ұрықтарымен де жасалған. Сонда бірнеше ұрықтардың дамуы, яғни полиэмбриония құбылысы пайда болады.
Эмбрионалды индукция мəселесі компетенция түсінігімен тығыз байланысты. Компетенция дегеніміз, ол ұрық бөліктерінің индукцияны қабылдай алу қасиеті. Мысалы, амфибияларда түгел эктодерманың нерв жүйесіне айналу компетенциясы бар. Сондықтан Г.Шпеманның тəжірибесінде индуктордың əсерінен тритонның құрсақ жағында тері эктодермасынан нерв пластинкасы пайда болды. Сонымен бірге, ұрықтық эктодерманың компетенция қасиеті гаструляция алдында пайда болады да, гаструляция аяқталған соң жоғалады.
Тірі ұрықтарда жасалған тəжірибелер арқылы (ұрық бөліктерін алып тастау, басқа жерге қондыру, сондайақ тұзды ерітінділерде олардың белгілерінің пайда болып морфологиялық көзге түсердей сатының алдына дейін өсіру) əр түрлі мүшелер мен ұлпалардың детерминация өтетін кезеңі туралы жəне эмбриогенез бен регенерациядағы детерминацияға əкелетін факторлар туралы мəліметтер алынған. Детерминация келесі процестерден құралады ооплазмалық сегрегация негізінде клетка қасиеттерінің автономды өзгерулері мен əр түрлі бластомерлерде сапасы айырықша болатын ядролардың цитоплазмамен өзара əсерлесуі жəне, сондайақ, индукция процесінде клеткалар топтарының бірбіріне тигізетін əсері. Омыртқасыздарда ооплазмалық сегрегация күштірек айқындалған, оларда дене мүшелерінің детерминациясы бөлшектену сатысындаақ білінеді, ал хордалыларда дамып келе жатқан ұрықтың түрлі бөліктері арасындағы индукциялық өзара əсерлесудің маңызы күшейеді жəне детерминация органогенездер сатысында айқын көрінеді. Осы нышандарға сүйеніп, жануарлардың детерминациялық даму мен детерминациясыз даму типтерін айырады. В.Ру терминологиясы бойынша бірінші типті жануарлар жұмыртқалары мозаикалық, ал екінші типті жануарлар жұмыртқалары регуляциялық деп аталады.
Эмбриологтар бұрыннан барлық жұмыртқаларды екі топқа бөлген: регуляциялық (реттелетін) жəне мозаикалы. Реттелетін жұмыртқалардың кейбір бөліктерін алып тастауға, керісінше басқа жұмыртқа бөліктерін қосуға жəне ішіндегі заттарды араластыруға болады. Бəрібір ол жұмыртқалардан регуляция (реттелу) процесі нəтижесінде толық ұрық пайда бола алады. Мұндай жұмыртқалар кейбір құрттарда, моллюскаларда, ішекқуыстыларда жəне тікентерілерде болады.
Жұмыртқалардың арасында гидромедузалардың жұмыртқасы ең жақсы реттелетін болып саналады. Бөлшектенудің 32 бластомерлі сатысында бір ғана бластомерді бөліп алсақ, содан толық организм пайда бола алады. Теңіз кірпілерінде жұмыртқаның 1/8 бөлігінен толық ұрық жəне организм пайда болады.
Мозаикалы жұмыртқалар аскаридаларда, жұмыр құрттарда, ескек аяқтыларда болады. Олар мозаика секілді бірбірінен тəуелсіз бластомерлерден тұрады. Əр бластомерден келешекте бір ғана белгілі орган пайда болады. Мұны ескек аяқтылардан жақсы байқауға болады. Жұмыртқаның 1/2 бөлігінен 4 қатарлы еспелі пластинкасы бар ұрық шығады. Ал əдетте ескек аяқтылардың 8 қатар еспелі пластинкасы болады.
Бірақ қазіргі уақытта əр түрлі əсерлердің арқасында жұмыртқалардың реттелетін немесе мозикалы қасиеттерін өзгертуге болатындығына көз жетті.