Шпеман освоил микрохирургическую технику и проводил свои исследования на двух видах тритонов: тритоне гребенчатом и тритоне полосатом.
Работая с относительно крупными яйцами этих амфибий, Шпеман вместе со своей аспиранткой Хильдой Мангольд открыли в 1924 году существование в эмбрионе участка, части которого при трансплантации в индифферентную часть второго зародыша организуются (индуцируются) во вторичные эмбриональные зачатки. Именно за открытие организующих эффектов эмбрионального развития он был удостоен Нобелевской премии в 1935 году.
В чем же состояли опыты Шпемана? В одном из них ученый брал кусочек зародыша из области дорсальной губы бластопора на стадии гаструлы тритона гребенчатого и пересаживал на боковую или вентральную сторону гаструлы тритона полосатого. В месте пересадки наблюдалось развитие нервной трубки, хорды и других органов. Из этого Шпеман делал несколько выводов. 1-й вывод: участок, взятый из спинной губы бластопора, способен направлять или даже переключать развитие того материала, который находится вокруг него, на определенный путь развития. Он словно организует (индуцирует) развитие зародыша как в обычной, так и в нетипичной локации. 2-й вывод: боковая и брюшная стороны гаструлы обладают большим потенциалом развития – вместо обычной поверхности тела в условиях эксперимента там образуется целый зародыш. 3-й вывод: сравнительно точное строение новообразованных органов в месте пересадки указывает на эмбриональную регуляцию.
Шпеман назвал спинную губу бластопора первичным эмбриональным организатором. В настоящее время установлено, что главная роль в спинной губе бластопора принадлежит хордомезодермальному зачатку, который позже назвали первичным эмбриональным индуктором, а само явление — эмбриональной индукцией.
Позднее Шпеман показал, что разные части организатора продуцируют разные части эмбриона. Передние части его имеют тенденцию давать части головы, а задние части — хвоста. Организаторы хвоста, когда их пересаживают в область головы другого эмбриона, могут производить головы вместо хвостов – причина в том, что они находятся под влиянием организатора головы в новой среде.
Его работы доказали, что на самых ранних стадиях судьба частей эмбриона не определена: если кусок презумптивной кожной ткани иссечь и пересадить в участок презумптивной нервной ткани, он сформирует нервную ткань, а не кожу.
Этими и другими подобными экспериментами Шпеман заложил основы теории эмбриональной индукции, приведшей впоследствии к биохимическим исследованиям этого процесса и конечному развитию современной науки об экспериментальном морфогенезе. Свои исследования он описал в книге «Эмбриональное развитие и индукция», где резюмировал большинство своих трудов. Эта книга по сегодняшний день является фундаментом, который определяет дальнейшие пути развития такого раздела современной биологии, как биология развития.
