Виды контроля и регуляции онтогенеза. Генетические механизмы онтогенеза. Гены, регулирующие ход онтогенеза

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Регуляция онтогенеза

Введение

Генетическая регуляция развития организма

Контактное взаимодействие клеток

Эмбриональная индукция

Морфогенетические поля

Старость и старение

Список литературы

Введение

Почему и каким образом генотип реализуется в фенотип в виде тех или иных клеточных и системных процессов, в виде сложных пространственных и упорядоченных во времени онтогенетических преобразований?

При сравнении зиготы и половозрелой особи, которые, по сути, являются двумя разными онтогенетическими стадиями существования одного и того же организма, обнаруживаются очевидные различия, касающиеся по крайней мере размеров и формы. Начиная с XVII в. ученые пытались познать и объяснить процессы, приводящие к этим количественным и качественным изменениям особи.

Первоначально возникла гипотеза, согласно которой онтогенез рассматривали лишь как рост расположенных в определенном пространственном порядке предсуществующих структур и частей будущего организма.

В рамках этой гипотезы, получившей название преформизма , каких-либо новообразований или преобразований структур в индивидуальном развитии не происходит. Логическое завершение идеи преформизма заключается в допущении абсурдной мысли о "заготов-ленности" в зиготе и даже в половых клетках прародителей структур организмов всех последующих поколений, как бы вложенных последовательно наподобие деревянных матрешек.

Альтернативная концепция эпигенеза была сформулирована в середине XVIII в. Ф.К. Вольфом, впервые обнаружившим новообразование нервной трубки и кишечника в ходе эмбрионального развития. Индивидуальное развитие стали связывать целиком с качественными изменениями, полагая, что структуры и части организма возникают как новообразования из бесструктурной яйцеклетки.

В XIX в. К. Бэр впервые описал яйцо млекопитающих, в том числе и человека, а также зародышевые листки и обнаружил сходство плана строения зародышей различных классов позвоночных - рыб, амфибий, рептилий, птиц, млекопитающих.

Он же обратил внимание на преемственность в этапах развития - от более простого к более сложному. Бэр рассматривал онтогенез не как предобразование , не как новообразование структур, а как их преобразование , что вполне согласуется с современными представлениями.

Биология развития стремится выяснить степень и конкретные пути контроля со стороны генома и одновременно уровень автономности различных процессов в ходе онтогенеза.Не менее важны исследования конкретных онтогенетических механизмов роста и морфогенеза. К ним относятся следующие клеточные механизмы: пролиферация, или размножение клеток, миграция, или перемещение клеток, сортировка клеток, их запрограммированная гибель, дифференцировка клеток, контактные взаимодействия клеток (индукция и компетенция), дистантные взаимодействия клеток, тканей и органов (паракринные, гуморальные и нервные механизмы интеграции). Все эти процессы носят избирательный характер, т.е. протекают в определенных пространственно-временных рамках с определенной интенсивностью, подчиняясь принципу целостности развивающегося организма.

Онтогенезом (от греч. Ontos - сущее и genesis - развитие) называют индивидуальное развитие каждой отдельной особи. Это сложный процесс формирования живого организма от зарождения до смерти. У одноклеточных онтогенез начинается с деления материнского организма на дочерние и продолжается до следующего деления дочернего организма. При бесполом размножении многоклеточных организмов онтогенез начинается с одной или группы соматических клеток, из которых формируется дочерний организм, и заканчивается смертью.

При половом размножении различают три периода индивидуального развития: генетический межклеточный онтогенез субстрат

1. Предзародышевый (проэмбриональный), или прогенез,- период формирования половых клеток и оплодотворение.

2. Зародышевый (эмбриональный) - период, проходящий с образования зиготы до выхода из яйцевых оболочек или рождения.

3. Послезародышевый (постэмбриональный) - включает развитие до половой зрелости (ювенильный период), взрослое состояние (репродуктивный период), пострепродуктивный

период, старение и смерть организма. В ювенильном периоде развитие может быть прямое (неличиночный тип) или с метаморфозом (личиночный тип).

Изменения на разных этапах онтогенеза происходят в различном темпе, наиболее интенсивны в эмбриогенезе, затем постепенно замедляются. Особенно в период половозрелости.

В конце репродуктивного периода естественным завершением онтогенеза является смерть особи.

Однако в основе онтогенеза каждого многоклеточного организма лежат общие механизмы роста и развития, осуществляющиеся через процессы деления клеток, их дифференцировки, морфогенетического движения. Два главных принципа онтогенеза - дифференциация (специализация его отдельных частей) и интеграция - объединение отдельных частей и подчинение их единому организму, проявляются на всех этапах онтогенеза и на всех уровнях организма. Биология. Руководство к практическим занятиям: учебное пособие. Маркина В.В., Оборотистов Ю.Д., Лисатова Н.Г. и др. / Под ред. В.В. Маркиной. 2010. -

По современным представлениям в соматической клетке (бесполое размножение) или зиготе (половое размножение), из которых развивается новый организм, заложена определенная генетическая программа развития. В онтогенезе эта программа реализуется, определяя общее направление морфогенетических процессов, однако конкретная реализация осуществляется в зависимости от условий внешней среды, в пределах нормы реакции.

Генетическая регуляция развития организма

Гены регулируют и контролируют развитие организма на всех этапах онтогенеза. По современным представлениям ген можно определить, как единицу наследственной информации. Занимающую определенное положение в геноме или хромосоме и контролирующую выполнение определенной функции в организме.

Благодаря онтогенезу, происходящему в определенных условиях среды, наследственная информация воплощается в структуры и процессы. На основе генотипа формируется фенотип особи данного биологического вида. Так как естественный отбор происходит в живой природе по фенотипам, именно в развитии особи видоспецифического фенотипа заключается главное эволюционно значимое событие организменного или онтогенетического уровня.

Если иметь в виду вещественно-энергетическое и биоинформационное обеспечение онтогенеза особи, то следует сделать оговорку, что оно начинается до момента оплодотворения и образования зиготы и связано главным образом с женской половой клеткой. Последняя в ходе гаметогенеза (овогенеза) приобретает некоторые характеристики, которые будут использованы не ею самой, а начавшей индивидуальное развитие особью нового поколения. Одна из таких характеристик, пожалуй, наиболее известная, - образование в цитоплазме яйцеклетки большего или меньшего в зависимости от вида животного количества желтка, который используется как питательный материал в процессе развития потомка. Функционально-генетическая активность ряда генов, проявляющаяся в их транскрипции и пост(после)транскрипционных изменениях первичного и(м)РНК транскрипта, во времени отнесена также к периоду до оплодотворения. Образующиеся вследствие названной активности и(м)РНК организуют синтез важных для ранних стадий эмбриогенеза белков. Совокупность событий, происходящих в ово(оо)генезе, но в интересах процесса индивидуального развития нового организма, составляет содержание периода прогенеза - предзародышевого периода индивидуального развития Биология: учебник: в 2 т./ Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.; ГЭОТАР-Медиа, 2014. - Т.1. - 736 с.: ил.

Экспрессия генов - это процесс реализации информации, закодированной в структуре ДНК, на уровне РНК и белков.

Генетическая регуляция контролирует весь ход индивидуального развития организма, начиная с образования гамет и кончая формированием систем, регулирующих и координирующих рост и жизнедеятельность взрослого организма.

В овогенезе в цитоплазме яйцеклетки синтезируются и откладываются материнские РНК, которое несут информацию о белках и контролируют развитие зародыша от зиготы до стадии бластулы. Гены зародыша начинают функционировать у позвоночных на разных стадиях дробления (например, у человека на стадии двух бластомеров), и продукты их деятельности начинают регулировать развитие зародыша. Таким образом, ранние этапы развития регулируются материнскими и зародышевыми генами. Начиная со стадии гаструлы, у позвоночных развитие организма регулируется только продуктами деятельности собственных генов зародыша.

Регуляция экспрессии генов в процессе развития организмов осуществляется на всех этапах синтезе белка, как по типу индукции, так и репрессии, причем контроль на уровне транскрипции определяет время функционирования собственных генов зародыша.

У всех многоклеточных от медузы до человека дифференцировка эмбриона вдоль переднезадней оси регулируется группой генов, называемой НОХ. Белки НОХ представляют собой факторы транскрипции, общим в структуре которых является гомеодомен, которым определяется специфичность их связывания с ДНК. Гомеодомен - содержащие гены - определяются по наличию характерной последовательности ДНК длиной 183 пары нуклеотидов (гомеобокса), кодирующей относительно консервативный участок белка длиной 61 а.о.(гомеодомен). Поразительная особенность генов НОХ состоит в том, что они экспрессируется в том же порядке, в каком они расположены в геноме. Гены НОХ и кодируемые ими белки хорошо иллюстрируют такие основополагающие факторы об экспрессии генов в процессах развития, как комплексность и взаимодействие.

Ген XYZ в разных частях эмбриона может транскрибироваться с различными скоростями, и он может быть предрасположен к образованию альтернативных разновидностей транскриптов, и поэтому получается, что один кодирует целое семейство белков. Другой группой транскрипционных факторов, которые важны для раннего развития, когда они действуют как регуляторы органогенеза, являются белки РАХ. Они необходимы для поддержания плюрипотентности популяций стволовых клеток, т.е. они способны дифференцироваться во множество специализированных типов клеток. Гены РАХ1 РАХ9 экспрессируются при развитии позвоночного столба, зачатков конечностей и вилочковой железы (зобной железы, тимуса), где они демонстрируют перекрывающиеся паттерны экспрессии. Ген РАХ№ экспрессируется в раннем развитии у млекопитающих в спинной нервной трубке - области, в которой вырабатываются мигрирующие клетки нервного гребня. Они участвуют в развитии различных органов, включая сердце, периферические и брюшные нервные узлы, меланоциты и шванновские клетки. Функция РАХ6 оказывается ключевой в развитии глаза и зрения.

Контактное взаимодействие клеток

Механизмы, обеспечивающие соединение клеток и межклеточный обмен информацией, сформировались в процессе эволюционного перехода от одноклеточного организма к многоклеточному. Межклеточные взаимодействия необходимы для координации активности, дифференцировки, подвижности и роста клеток в составе тканей и органов. Клетки, входящие в состав ткани, контактируют не только друг с другом, но и с внеклеточным матриксом, состоящим из волокон, белка, коллагена и желатиноподобного вещества, представленного гликопротеинами и протеогликанами. Внеклеточный матрикс объединяет клетки, обеспечивает физическую опору и среду, в которой они перемещаются и взаимодействуют. Физиология и основы анатомии: учебник / Под ред. А.В. Котова, Т.Н. Лосевой. 2011. - 1056 с. (Серия "Учебная литература для студентов медицинских вузов")

Наряду с обновлением клеточной популяции, в самих клетках постоянно наблюдается обновление внутриклеточных структур (внутриклеточная физиологическая регенерация).

Рост клеток проявляется в изменении их размеров и формы. Рост клетки не беспределен и определяется оптимальным ядерно - цитоплазматическим отношением.

Перемещения клеток . Миграция клеток наиболее характерна для периода гаструляции. Миграция осуществляется с помощью нескольких механизмов. Так, различают хемотаксис - движение клеток в направлении градиента концентрации какого-либо химического агента. Гаптотаксис - механизм перемещения клеток по градиенту концентрации адгезионной молекулы. Контактное ориентирование - когда в какой-либо преграде остается один канал для перемещения. Контактное ингибирование - этот способ перемещения наблюдается у к леток ровного гребня.

Миграция носит целенаправленный характер, клетки движутся не хаотически, а по определенным путям именно в те участки зародыша, где в последствии из них будут образовываться зрелые производные. Нарушения клеточной миграции, происходящие в период эмбриогинеза, приводят к формированию таких врожденных пороков развития, как гетеротопии и эктопии, т.е. к аномальной локализации органов или структур.

Механизмы межклеточного взаимодействия . Формирование и функционирование всех тканевых структур может происходить только на основе их взаимного узнавания и взаимной адгезии, т.е. способности клеток избирательно прикрепляться друг к другу или к компонентам внеклеточного матрикса. Клеточную адгезию реализуют специальные гликопротеины - молекулы адгезии - кадгерин, ламинин, коннексин и т.п. Физиология и основы анатомии: учебник / Под ред. А.В. Котова, Т.Н. Лосевой. 2011. - 1056 с. (Серия "Учебная литература для студентов медицинских вузов")

Механизмы взаимодействия клеток с субстратом . Они включают формирование рецепторов клетки к молекулам внеклеточного матрикса. К последним относят производные клеток. Среди которых наиболее изученными адгезионными молекулами являются коллаген, фибронектин, ламинин, тенасцин и т.п.

Для осуществления связи мигрирующих клеток с межклеточным матриксом клетки формируют специфические рецепторы. К ним относится, например, синдекан, который обеспечивает контакт эпителиоцита с базальной мембраной за счет сцепления с молекулами фибронектина и коллагена.

Дистантные межклеточные взаимодействия осуществляется путем секреции гормонов и факторов роста. Последние - это вещества, оказывающие стимулирующее влияние на пролиферацию и дифференцировку клеток и тканей.

Влияние положения бластомеров на их дифференцировку. На дифференцировку клетки влияет ее положение в определенном месте зародыша в определенное время. Наружные клетки формируют трофобласт, а внутренние - зародыш. Опыт по пересадке бластомеров показывает, что образование из бластомеров трофобласта или клеток зародыша определяется тем, где оказалась клетка - на поверхности или внутри группы клеток.

Гаструляция начинается в конце второй недели развития и характеризуется появлением у клеток способности к перемещениям. С началом гаструляции активируются первые тканеспецифические гены. Эмбриобласт расслаивается на эпибласт (слой цилиндрических клеток) и гипобласт (слой кубических клеток, обращённый к бластоцелю). Эпибласт и гипобласт вместе образуют двухслойный зародышевый диск (бластодиск ). В дальнейшем на месте двухслойного зародышевого диска путём миграции и пролиферации клеток развиваются первичные зародышевые листки: эктодерма, мезодерма и энтодерма.Гипобласт . Формирование гипобласта (первичной энтодермы) происходит по каудально-краниальному градиенту. Обращённые к бластоцелю клетки вентральной части внутренней клеточной массы обособляются в тонкий слой - гипобласт. Клетки гипобласта выселяются из внутренней клеточной массы вследствие слабого адгезионного взаимодействия между ними. Интенсивно пролиферирующие клетки гипобласта перемещаются по внутренней поверхности трофобласта и формируют внезародышевую энтодерму прилегающей к трофобласту стенки желточного мешка. Гистология, эмбриология, цитология: учебник для вузов / Под ред. Э.Г. Улумбекова, Ю.А. Челышева - 3-е изд., - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.

Перемещения клеток при гаструляции

Гистология, эмбриология, цитология: учебник для вузов / Под ред. Э.Г. Улумбекова, Ю.А. Челышева - 3-е изд., - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.

Эмбриональная индукция

Эмбриональная идукция - взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором один участок зародыша влияет на судьбу другого участка.

Эмбриональная индукция или механизмы дифференцировки были открыты 1901г . при изучении образования зачатка хрусталика глаз у зародышей земноводных.

Гипотеза: существуют определенные клетки, которые действуют как организаторы на другие, подходящие для этой клетки. В условиях отсутствия клеток - организаторов такие клетки пойдут по другому пути развития, отличном от того, в котором они развивались бы в условиях присутствия организаторов.

Эксперимент: Г. Шпеман и его сотрудница Х. Мангольд открыли у зародышей амфибий "организатор". Контрольный эксперимент был проведен Хильдой Мангольд в 1921 г. Она вырезала кусочек ткани из дорсальной губы бластопора гаструлы гребенчатого тритона со слабопигментированным зародышем. Она пересадила ее в вентральную часть другой гаструлы близкого вида тритона обыкновенного, зародыш которого характеризуется обильной пигментацией. После пересадки у гаструлы - реципиента из тканей трансплантата развивалась новая хорда и миотомы.

Из этого и подобных опытов следует несколько выводов. Во-первых, участок, взятый из спинной губы бластопора, способен направлять или даже переключать развитие того материала, который находится вокруг него, на определенный путь развития. Он как бы организует развитие зародыша как в обычном, так и нетипичном месте. Во-вторых, боковая и брюшная стороны гаструлы обладают более широкими потенциями к развитию, нежели их презумптивное направление, так как вместо обычной поверхности тела в условиях эксперимента там образуется целый зародыш. В-третьих, достаточно точное строение новообразованных органов в месте пересадки указывает на эмбриональную регуляцию. Это означает, что фактор целостности организма приводит к достижению хорошего конечного результата из нетипичных клеток в нетипичном месте, как бы управляя процессом. Регулируя его в целях достижения этого результата.

Морфогенетические поля

Морфогенез - процесс образования структур и органов и преобразования их формы в процессе индивидуального развития организмов. Это, несомненно, самый сложный и упорядоченный природный процесс.

В классической эмбриологии под морфогенезом обычно понимают возникновение многоклеточных структур. У хордовых животных первые видимые морфогенетические события - закладка осевых органов - отмечаются в ходе нейруляции. Однако следует помнить, что индукционные взаимодействия групп клеток (зачатков), определяющие начальные этапы морфогенеза, осуществляются еще на стадии бластулы и ранней гаструлы (см. п. 8.2.8). Таким образом, правомерно считать, что морфогенез на надклеточном уровне начинается со стадии бластулы. В период гаструляции, как и во время нейруляции, перестройки охватывают весь зародыш. Следующие затем органогенезы представляют собой все более локальные процессы. Внутри зачатка каждого из формирующихся органов происходит дальнейшая последовательная дифференциация.

Параллельно с образованием многоклеточных структур формируются субклеточные и клеточные элементы. Происходят сложные цитодифференцировки, которые осуществляются путем координированной активности многих внутриклеточных образований - мембраны, микротрубочек и центров их организации, аппарата Гольджи и ряда других. Так, диффе-ренцировка всасывающих клеток эпителия почек и кишечника связана со сборкой мощных пучков актиновых микрофиламентов, образующих структурную основу микроворсинок, размеры и строение которых характеризуются высокой точностью (определенностью). Помимо этого, происходит перестройка клеточных мембран, определяющая их будущие функциональные свойства. Эти процессы, в свою очередь, сопровождаются синтезом и пространственной организацией макромолекул, в частности, образованием и встраиванием в плазмалемму белковых комплексов, обеспечивающих различные виды транспорта веществ. Таким образом, морфогенез представляет собой многоуровневый динамический процесс, который в конечном итоге приводит к формированию интегрированной сбалансированной (целостной) особи конкретного биологического вида.

Морфогенез как рост и клеточная дифференцировка относится к ациклическим процессам, т.е. не возвращающимся в прежнее состояние и по большей части необратимым. Главное свойство ациклических процессов - их пространственно-временная организация. Проблема формирования пространственной структуры развивающегося организма относится к одной из наиболее сложных в биологии.

Система генов, регулирующих образование какого-либо органа или реализацию конкретного морфогенетического процесса, организована по иерархическому принципу . Так, в ходе онтогенеза происходит последовательная активация определенных групп генов, причем продукты ранее активированных генов влияют на экспрессию следующих групп. В генных каскадах существуют " гены - господа " (" мастер - гены " ), активация которых инициирует процесс и включает экспрессию целогокомплекса подчиненных "генов-рабов", что в конечном итоге и приводит к формированию определенной структуры.

Биология: учебник: в 2 т./ Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.; ГЭОТАР-Медиа, 2014. - Т.1. - 736 с.: ил.

Таким образом, в геноме организмов содержится информация о развитии особи определенного вида и, кроме того, присутствуют гены, экспрессия которых может привести к формированию конкретных зародышевых листков, органов, тканей. В генотипе зиготы содержатся также аллели родителей, обладающие возможностью реализоваться в определенные признаки. Однако известно, что разноуровневая регуляция экспрессии генов (вспомним хотя бы альтернативный сплайсинг) приводит к тому, что результатом активности даже одних и тех же генов могут быть совершенно разные наборы конечных продуктов и, как следствие, множественность возможных путей развития.

Старость и старение

Старость представляет собой стадию индивидуального развития, по достижении которой в организме наблюдаются закономерные изменения в физическом состоянии, внешнем виде, эмоциональной сфере.

Старческие изменения становятся очевидными и нарастают в пострепродуктивном периоде онтогенеза. Различают хронологический и биологический (физиологический) возраст. Согласно современной классификации, основанной на оценке многих средних показателей состояния организма, людей,хронологический (паспортный, календарный) возраст которых достиг 60-74 лет, называют пожилыми, 75-89 лет - старыми, свыше 90 лет - долгожителями. Точное определение биологического возраста затруднено тем, что отдельные признаки старости проявляются в разном хронологическом возрасте и характеризуются различной скоростью нарастания. Кроме того, возрастные изменения даже одного признака подвержены значительным половым и индивидуальным колебаниям.

Состояние старости достигается благодаря изменениям, составляющим содержание процесса старения . Этот процесс захватывает все уровни структурной организации организма - молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевой, органный. Суммарный результат многочисленных частных проявлений старения на уровне целостного организма заключается в нарастающем с возрастом снижении жизнеспособности особи, уменьшении эффективности приспособительных, гомеостатических механизмов.

Признаки старения сердечно - сосудистой системы становятся заметными обычно в возрасте после 40 лет. Закономерные изменения наблюдаются в стенках сосудов: в них откладываются липиды, прежде всего холестерин, что наряду с другими структурными превращениями снижает эластичность и искажает ответы на различные стимулы, регулирующие кровообращение. Типично разрастание в стенках сосудов и сердца соединительной ткани, замещающей рабочую мышечную ткань. В результате снижается эффективность работы сердца, нарушается кровоснабжение тканей и органов. Так, кровоток по сосудам головного мозга 75-летнего человека по сравнению с 30-летним уменьшен на 20%.

В основе функциональных расстройств дыхательной системы лежит разрушение межальвеолярных перегородок, что сокращает дыхательную поверхность, разрастание в легких соединительной ткани, что снижает эффективность аэрогематического обмена кислорода. В итоге с возрастом падает жизненная емкость легких, которая к 75 годам достигает всего 56% от уровня в возрасте 30 лет.

Легко заметным изменением в системе пищеварения является потеря зубов. Падает эффективность функционирования пищеварительных желез, нарушения двигательной (моторной) функции кишечника нередко приводят к привычным запорам.

В процессе старения страдает функция мочевыделительной системы , снижается интенсивность фильтрации в почечных клубочках (на 31% в 75-летнем возрасте по сравнению с 30-летним), так же, как и обратное всасывание веществ из фильтрата в почечных канальцах. Ухудшение функции мочевыделения объясняется гибелью с возрастом значительного количества нефронов (до 44% от уровня 30-летнего возраста), представляющих собой структурно-функциональные единицы почек.

Специального внимания заслуживают изменения в процессе старения со стороны мышечной системы и скелета. Снижается сила сокращений поперечнополосатой мускулатуры, быстрее развивается утомление, наблюдается атрофия мышц. Характерная для стареющих людей перестройка костей заключается в разрежении их вещества (старческий остеопороз), что приводит к снижению прочности.

В процессе старения организма существенные изменения происходят в репродуктивной системе. При этом они затрагивают обе основные функции главных органов названной системы - половых желез: выработку гамет и образование половых гормонов. У женщин овогенез прекращается по достижении ими менопаузы. Образование функционально полноценных сперматозоидов в мужском организме возможно, по-видимому, даже в преклонном возрасте.

Изменение гормонального профиля людей в связи с угасанием репродуктивной функции носит сложный характер. Распространено мнение о прогрессивном снижении с возрастом концентрации у мужчин тестостерона, а у женщин эстрадиола и прогестерона - главных мужского и женских половых гормонов. Напомним, что оба типа гормонов образуются организмами обоих полов, только в разном количестве. Указанные сдвиги сопровождаются повышением секреции эстрадиола и прогестерона у мужчин и тестостерона у женщин. Вместе с тем содержание фолликулостимулирующего гормона у 80-90-летних женщин выше в 14 раз, а лютеинизирующего гормона - в 5 раз, чем у 20-30-летних. Резко нарушено у старых людей соотношение названных гормонов гипофиза, что является важной причиной нарушения репродуктивной функции в целом. Картина усложняется также тем, что в процессе старения изменяется ответ ткани на половые гормо ны в связи с сокращением количества клеточных рецепторов к ним.

ПРОЯВЛЕНИЕ СТАРЕНИЯ НА МОЛЕКУЛЯРНОМ, СУБКЛЕТОЧНОМ И КЛЕТОЧНОМ УРОВНЯХ

Молекулярные и клеточные проявления старения многообразны. Они заключаются в изменении показателей потоков информации и энергии, состояния ультраструктур дифференцированных клеток, снижении интенсивности клеточной пролиферации.

Немаловажное значение при старении имеют изменения энергетики организма, в частности, давно отмечена обратная связь между продолжительностью жизни животных различных видов и удельной скоростью обмена веществ. Существует особое понятие энергетического жизненного потенциала, отражающего общее количество расходуемой за жизнь энергии. Его величина для млекопитающих (кроме приматов) составляет примерно 924 кДж/г, большинства приматов - 1924 кДж/г, лемура, обезьяны-капуцина и человека - 3280 кДж/г массы тела. Изменения потока энергии в процессе старения состоят в снижении количества митохондрий в клетках, а также падении эффективности их функционирования. Так, у взрослых крыс количество кислорода, потребляемое на 1 мг белка митохондрий, более чем в 1,5 раза выше, чем у старых животных. Важное свойство стареющего организма - смещение в процессах энергообеспечения функций соотношения между тканевым дыханием и гликолизом (бескислородный путь образования АТФ) в пользу последнего. Изменения в процессе старения ультраструктуры клеток затрагивают практически все органеллы, как общего, так и специального значения.

Список литературы

Реферат составлен на основе учебного пособия " Регуляция онтогенеза"

кандидат биологических наук, доцент Т.В. Солтыс

1. Биология: учебник: в 2 т./ Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.; ГЭОТАР-Медиа, 2014. - Т.1. - 736 с.: ил.

2. Биология. Руководство к практическим занятиям: учебное пособие. Маркина В.В., Оборотистов Ю.Д., Лисатова Н.Г. и др. / Под ред. В.В. Маркиной. 2010. -

3. Биология: учебник: в 2 т./ Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.; ГЭОТАР-Медиа, 2014. - Т.1. - 736 с.: ил.

4. Физиология и основы анатомии: учебник / Под ред. А.В. Котова, Т.Н. Лосевой. 2011. - 1056 с. (Серия "Учебная литература для студентов медицинских вузов")

5. Гистология, эмбриология, цитология: учебник для вузов / Под ред. Э.Г. Улумбекова, Ю.А. Челышева - 3-е изд., - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Анализ особенностей онтогенеза растительной клетки. Возникновение и накопление различий между клетками, образовавшимися в результате деления. Эмбриональная фаза онтогенеза, фазы растяжения, дифференцировки клетки, зрелости. Старение и смерть клетки.

доклад , добавлен 28.04.2014


Дорепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный период онтогенеза. Сравнение онтогенеза и филогенеза. Взаимосвязь и взаимодействие онтогенетических дифференцировок. Проблема взаимоотношений индивидуального развития организмов и их эволюции.

реферат , добавлен 26.10.2015


Координация нервной системой деятельности клеток, тканей и органов. Регуляция функций организма, взаимодействие его с окружающей средой. Вегетативная, соматическая (сенсорная, моторная) и центральная нервная система. Строение нервных клеток, рефлексы.

реферат , добавлен 13.06.2009


Основные группы ферментов генетической инженерии: рестриктазы и лигазы. Регуляция экспрессии гена у прокариот. Способы прямого введения гена в клетку. Генетическая трансформация соматических клеток млекопитающих. Получение трансгенных животных.

курсовая работа , добавлен 24.11.2010


Достижения в области изучения стволовых клеток. Виды стволовых клеток, особенности их функционирования. Эмбриональные и гемопоэтические стволовые клетки. Стволовые клетки взрослого организма. Биоэтика использования эмбриональных стволовых клеток.

презентация , добавлен 22.12.2012


Белки - основные структурные элементы клеток и тканей организма. Процессы распада и синтеза белков в ходе тканевого метаболизма. Цикл сложных химических превращений белковых веществ. Процесс переваривания и всасывания белков. Регуляция белкового обмена.

реферат , добавлен 30.01.2011


Формы, механизмы, органы, регуляция иммунитета. Субпопуляции Т-лимфоцитов, их функции. История открытия регуляторных Т-клеток. Эффективность микробиологической диагностики. Иммунная регуляторная система. Будущее трансплантологии, технические трудности.

контрольная работа , добавлен 11.05.2016


Характеристика стадий онтогенеза многоклеточных животных. Особенности эмбрионального и постэмбрионального периодов развития. Первичный органогенез, дифференцировка клеток зародыша. Последовательные стадии эмбрионального развития животных и человека.

презентация , добавлен 07.11.2013


Живая протоплазма клеток организма. Состав гемоглобина крови. Элементы, которые содержатся в организме человека в относительно больших количествах. Процессы возбудимости и расслабления. Значение кальция в обмене веществ. Регуляция водного равновесия.

презентация , добавлен 11.01.2014


Понятие и биологическое значение мембран в клетках организма, функции: структурные и барьерные. Их значение во взаимодействия между клетками. Десмосома как один из типов контакта клеток, обеспечивающие их взаимодействие и прочное соединение между собой.

12. Назовите клеточные механизмы, срабатывающие в процессе гаструляции у млекопитающих.

Дробление заканчивается с образованием морулы, клетки которой подразделяются на внутреннюю массу клеток, из которых впоследствии развивается эмбрион, и наружный полый клеточный пузырек трофобласт. Из него развиваются провизорные органы. Эта стадия называется бластоцистой. Собственно гаструляция начинается с обособления слоя клеток эмбриобласта, обращенного в полость бластоцисты. Так образуется гипобласт - будущая энтодерма зародыша. Клетки краевой зоны этого зачатка распространяются по внутренней поверхности трофобласта, ограничивая полость желточного мешка, который у плацентарных млекопитающих рудиментарен. Гипобласт растет в ширину и вся внутренняя клеточная масса увеличивается и превращается в дисковидную клеточную пластинку, сходную с зародышевым диском у птиц и рептилий. Затем отдельные клетки мигрируют и участвуют в образовании всех зародышевых листков. Между клетками внутренней клеточной массы появляется щель, которая затем превращается в амниотическую полость.

Ответ: Дифференцировка, пролиферации, перемещение, сортировка, адгезия.

13. В лаборатории Эдельмана (США) были проделаны следующие опыты. Сделайте логический вывод из них.

В культуру клеток животных тканей, которые первоначально были отделены друг от друга, не организованы в пространстве и напоминали мезенхиму, были введены ДНК, кодирующие белки клеточной адгезии (САМ от англ. Се11-аdhesion molecules). После этого клетки объединились в пласт, напоминающий эпителиальный. Когда пласт сформировался, между клетками возникли щелевые и адгезивные контакты.

Ответ: Молекулы клеточной адгезии (SAM) ответственны за взаимодействие клеток в зародыше .

14. Какие выводы можно сделать из следующих экспериментах:

1) Если путем центрифугирования (у морского ежа) или перешнуровки оплодотворенных яйцеклеток (у тритона) получить их безъядерные фрагменты, то в обоих случаях дробление при участии ахроматинового митотичёского аппарата может привести к образованию безъядерных бластулоподобных структур. Однако дальше развитие не пойдет.

2)Если объединить в опыте безъядерную цитоплазму яйцеклетки одного вида с ядром сперматозоида другого вида, то во многих случаях развитие таких клеток останавливается, достигнув стадии гаструлы.

Ответ: Опыты демонстрирует тот факт, что самые начальные этапы развития определяются продуктами материнских генов яйцеклетки и только к началу гаструляции активизируются гены зиготы.

15. Какое явление наблюдал Г. Шпеман на примере формирования глаза?

Наиболее ранняя закладка глаза представляет участок ткани промежуточного мозга, глазной пузырь, растущий по направлению к кожной эктодерме, где на месте их сближения образуется хрусталик в виде впячивания эктодермы. Если на одной стороне зародыша удалить закладку глазного пузыря, то на этой стороне хрусталик не образуется. Если, наоборот, закладку глазного пузыря пересадить под кожу в другом месте головы или туловища, то здесь на границе эктодермы возникает хрусталик.

Ответ: Шпеман наблюдал явление эмбриональной индукции.

16. Какое явление было установлено в опытах эмбриологов Дриш и Шпемана?

Они показали, что ядра ранних бластомеров морских ежей и тритонов способны обеспечить дифференцировку любых типов клеток. В их опытах бластомер, который в норме должен былдать начало лишь части зародыша, оказался способным дать в процессе развития целый организм.

Ответ: Явление эквивалентности генома разных клеток зародыша – тотипотентность.

Регенерация

17. При осмотре травматологом установлено, что на голове у больного открытая рана. Рентгенологическое исследование показало раздробление плоских костей черепа. Известно, что в норме плоские кости не регенерируют. Какие методы восстановления целостности костей черепной коробки Вы могли бы предложить в данном случае для заживления дефекта?

Ответ: ввести в рану индуктор в виде костных опилок, который вызовет активацию незрелых клеток соединительной ткани края костного дефекта продуктами распада костных опилок.

18. Во время рыбалки на озере был пойман рак, у которого обнаружили вместо левого глаза длинный усик. Как Вы можете объяснить наличие на месте глаза совершенно другого органа у рака?

Ответ: явление гетероморфизма, связанного с нарушением нервной регуляции.

19. Ожог составляет 10% от поверхности тела. Какой тип и механизм регенерации будет в данном случае?

Ответ : репаративная регенерация, механизм – эпиморфоз.

20. Больному требуется срочная пересадка почки. Какой тип трансплантации будет идеален в этом случае? И почему?

Ответ: аллотрансплантация от близкого родственника, потому что трансплантация тесно связана с трансплантационным иммунитетом, приводящего к отторжению тканей и органов.

21. Больному удалили одну почку, по истечению некоторого времени она стала увеличиваться. Какой процесс в данном случае мы можем наблюдать?

Ответ: процесс компенсаторной гипертрофии.

Теории онтогенеза Онтогенез – это совокупность взаимосвязанных и хронологически детерминированных событий, закономерно совершающихся в процессе осуществления организмом жизненного цикла. На каждом этапе индивидуального развития происходит реализация наследственной информации в тесном взаимодействии с окружающей средой.

Эмбриональный период Оплодотворение – процесс слияния половых клеток, в результате образуется зигота Фазы оплодотворения: - Сближение сперматозоида - Сближение сперматозоида с яйцеклеткой с яйцеклеткой - Активация яйцеклетки - Сингамия Яйцеклетка перед оплодотворением Оплодотворяемая яйцеклетка Яйцеклетка и сперматозоиды моллюска Оболочки яйцеклетки: 1. Блестящая 2. Зернистая 3. Соединительно тканная (наружная)

Эмбриональный период процесс образования двух- и трехслойного зародыша (гаструла)

Эмбриональный период Гисто- и органогенез Эктодерма Нервная система Эпидермис и его производные: сальные и потовые железы, ногти, волосы, рога, копыта Слизистая передней и задней кишки, слизистая органов дыхания Энтодерма Эпителий средней кишки, пищеварительные железы Хорда Органы дыхания

Эмбриональный период Мезодерма Сомиты (сегменты) 44 дерматом миотом спланхнотом склеротом нефрогонотом Дерма – собственно кожа мускулатура Хрящи, костный скелет мускулатура сердца, эпителий гонад, корковое вещество надпочечников Органы выделения, кровеносная, лимфатическая системы

Эмбриональное развитие человека Дробление зиготы человека – неравномерное, асинхронное 1- эмбриобласт 2 – трофобласт 3 - бластоцель А – два бластомера Б - Три бластомера В – четыре бластомера – вторые сутки Г – морула- третьи сутки Д – разрез морулы- Е – ранняя бластоциста- четвёртые сутки Ж – поздняя бластоциста- пятые сутки Начало имплантации – шестые, седьмые сутки

Гены, регулирующие ход онтогенеза Хроногены – контролируют время наступления событий. Самые ранние из хроно генов – гены с материнским эффектом. Образуются в яйцеклетке. Некоторые из них транскрибируются и создается большое количество иРНК, которая начинает транслироваться сразу после оплодотворения. В 1985 году были открыты гены, контролирующие ход онтогенеза Регулируют все процессы дробления до гаструляции

Гены, регулирующие ход онтогенеза На стадии гаструляции начинают действовать гены пространственной организации – это собственные гены организма, контролирующие формообразовательные процессы. Они подразделяются на гены: Сегментации - отвечают за образование сегментов. Действуют до стадии поздней гаструлы. Компартментализации – отвечают за дифференцировку сегментов и образование компартиментов Гомеозисные гены – обеспечивают нормальное образование структур и расположение их в нужном месте.

Гомеозисные гены (HOM) Обеспечивают развитие органов и тканей в определенном месте Обеспечивают развитие органов и тканей в определенном месте В структуре гомеозисных генов обнаружены участки, так называемые ГОМЕОБОКСЫ. Они контролируют работу других генов. Гомеобоксы кодируют последовательность аминокислот, которая называется ГОМЕОДОМЕН

Детерминация - Возникновение качественных различий между частями развивающегося зародыша, которые предопределяют дальнейшую судьбу этих частей. Детерминация предшествует дифференцировке и морфогенезу. Тканево-органный уровень регуляции Механизм:

Эмбриональная регуляция - Процесс восстановления нормального развития целого зародыша или зачатка после его естественного или искусственного нарушения путем: 1. Удаления части материала 2. Добавления избыточного материала 3. Перемешивание с помощь центрифугирования или сдавления. Опыты Тарковски и Минц

Г. Дриш (1891)- явление эмбриональной регуляции Онтогенез есть целостный процесс, а НЕ простая сумма однозначных причинно- следственных звеньев! Потенции – максимальные возможности элементов зародыша, которые могли бы осуществиться. В норме реализуется одно из них, а остальные могут быть выявлены в эксперименте. Тотипотентность –широкие потенции. Способность одной клетки создать целый организм.

Рекомендованная литература - Обязательная - Обязательная 1.Биология: учебник: в 2 кн/ ред. В.Н. Ярыгина.- М.: Высш.шк., Биология: учебник: в 2 кн/ ред. В.Н. Ярыгина.- М.: Высш.шк., Дополнительная - Дополнительная 1. Биология: учебник /ред. Н.В. Чебышев.- М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ РФ, Биология: учебник /ред. Н.В. Чебышев.- М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ РФ, Биология: медицинская биология, генетика и паразитология: учебник/ А.П. Пехов.- М.: ГЭОТАР – Медиа, Биология: медицинская биология, генетика и паразитология: учебник/ А.П. Пехов.- М.: ГЭОТАР – Медиа, Электронные ресурсы -Электронные ресурсы ИБС КрасГМУ ИБС КрасГМУ БД МеdArt БД МеdArt БД Ebsco БД Ebsco

Занятие № 14

Индивидуальное развитие организма, его стадии. Эмбриональное и постэмбриональное развитие.

Онтогенез

Онтогенез

Онтогенез – индивидуальное развитие организма. Развитие нового организма, полученного половым путем, начинается от оплодотворенной яйцеклетки - зиготы и заканчивается смертью. Важно помнить, что в ядре зиготы содержатся два набора хромосом от двух родителей (гибридный генотип). Биологическое развитие происходит по общим диалектическим принципам развития , которое можно наблюдать в неживой природе или в обществе. Чтобы убедиться в этом, сопоставим стадии «развития вообще», заимствованные нами из философского словаря, и стадии нормального онтогенеза многоклеточного организма, например, человека.

Стадии «развития вообще»	Стадии онтогенеза человека
Подготовка предпосылок развития - внешнее движение, совершаемое пока что за пределами данной системы.	Предзародышевое развитие - образование половых клеток (гаметогенез), формирование окружающей среды будущего организма.
Возникновение - переход к внутреннему движению и возникновение системы.	Оплодотворение - слияние половых клеток, возникновение новой клетки - зиготы.
Формирование - преобразование новым процессом развития тех условий, из которых он возник.	Зародышевое развитие - эмбриогенез, построение принципиально новой многоклеточной системы.
Собственно развитие - зрелость процесса развития, его существование на своей основе.	Послезародышевое развитие - постэмбриогенез. У человека выделяют: период роста (0-20 лет), репродуктивный период (20-50 лет), период старения (после 50 лет).
Умирание - разрушение процесса развития.	Смерть - конец индивидуального развития, распад структуры.

Индивидуальное развитие системы, в том числе организма, происходит циклично , так что восходящее развитие всякий раз сменяется нисходящим . Восходящее развитие идет от простого, низшего (предзиготическая стадия) к сложному, высшему (многоклеточный организм). Нисходящее - от сложного, высшего (многоклеточный организм) к простому, низшему (бесклеточная мертвая материя). Законы диалектики утверждают, что развитие как конечный процесс с самого начала в скрытом виде содержит тенденции, ведущие от низшего к высшему и обратно. То есть развитие имеет векторный, направленный характер .

Программа развития и её реализация

Чем же задается этот вектор? Чем предопределено индивидуальное развитие? Где программа развития и как она реализуется? Как из оплодотворенного яйца - из одной клетки - получается сложный многоклеточный организм, в котором тканевые клетки с одинаковым набором генов (одним генотипом) имеют разную структуру и функции (разный фенотип)? Поставленные вопросы составляют основной научный смысл науки эмбриологии или, говоря шире, биологии индивидуального развития. Они имеют и практическое медико-биологическое значение, так как нарушение процессов развития приводит к болезни и сокращает сроки полноценной жизни человека.

Чтобы сократить путь к пониманию программы развития, вспомним главную идею о том, что развитие находится под контролем двух начал - генетического (внутреннего) и эпигенетического (внешнего) . Найдем эти начала в развивающемся организме.

Внутренняя, генетическая программа развития заложена в ДНК зиготы. Это генотип организма. Помним, что при размножении клеток - от зиготы до самой последней клетки тела - ДНК каждый раз удваивается и делится поровну, так что все клетки получают полный набор генов. В ДНК записана информация о всех белках организма.

При этом надо иметь в виду, что существуют гены и белки двух классов: структурные и регуляторные . Первые обеспечивают построение рабочих структур клеток и межклеточного вещества, ферментативный катализ, транспорт и прочие жизненно важны функции. Вторые регулируют активность первых, то есть гены-регуляторы производят соответствующие регуляторные белки, которые управляют активностью структурных генов. Сейчас установлено, что и среди регуляторных генов есть взаимозависимость - одни гены активируются другими. Таким образом, гены образуют функциональные цепи с заранее предопределенной последовательностью включения . Работает принцип домино: продукт первого гена активирует второй ген, продукт второго - третий и т. д. Благодаря слаженной работе таких конвейеров контролируются тесно увязанные шаги морфогенеза, развитие приобретает динамичный и направленный (векторный) характер .

Однако организм - очень сложная система, чтобы ее развитие было выстроено по простому алгоритму домино. Отдельные морфогенетические процессы часто идут независимо и параллельно. В разных зачатках эмбриона, а потом в клетках разных тканей эти процессы расходятся, идет дифференциация клеток по функциям. Но при этом все клетки имеют один и тот же набор генов (!). Возникает ключевой вопрос проблемы клеточной дифференциации - почему при одинаковом наборе генов синтезируются разные белки и получаются разные клетки? Современная биология развития дает ответ и на этот сложный вопрос.

Внешняя, эпигенетическая программа развития контролирует и направляет реализацию генетической программы. Под действием внешних сигналов, биологически активных веществ, через посредство клеточных рецепторов и внутриклеточных мессенджеров (молекул-посланников) происходит избирательная активация одних генов и подавление других .

В итоге в дифференцированных клетках разных органов и тканей работают не все гены, а только та их часть, которая ответственна за данную тканевую функцию . Генетики называют этот механизм дифференциальной экспрессией генов. Но встает новый вопрос: что является самой первой командой к дифференциации клеток? Ведь развитие начинается с одной клетки - зиготы.

Системы регуляции онтогенеза

Установлено, что в онтогенезе работают, сменяя друг друга, три системы регуляции.

1. Эмбриональная детерминация развития на основе позиционной информации, заложенной в яйце. В процессе роста и созревания яйцеклетки, когда она еще находится в материнском организме, в ее цитоплазме неравномерно откладываются различные РНК и белки-регуляторы, которые предопределяют будущий план раннего развития и ранней дифференциации клеток. Начало этой топологической неоднородности цитоплазмы яйца задает его полярное положение в яичнике: одним полюсом яйцо контактирует со стенкой (отсюда идет питание), другим обращено в просвет (здесь сосредотачиваются продукты сложных синтезов) (рис. 1а). Таким образом, еще до начала развития генетический материал (хромосомы в ядре) лежит в неоднородной, анизотропной среде, насыщенной биологически активными регуляторами. Уже в яйце мы имеем сочетание генетического (хромосомы) и эпигенетического (цитоплазма с регуляторами) факторов развития. После оплодотворения зигота многократно делится, и дочерние ядра попадают в различно детерминированные участки цитоплазмы, содержащие разные регуляторы (рис. 1б). Эти регуляторы и становятся первыми внутренними индукторами дифференцировки эмбриональных клеток.

Рис. 1а,б

2. Эмбриональная индукция - влияние одних зачатков на другие с помощью выделяемых клетками веществ-регуляторов. Этот механизм включается в ранних зародышах и представляет по сути эмбриональную гуморальную регуляцию; внешние регуляторы - индукторы выступают в роли первых гормонов. Так, например на стадии гаструлы (двухслойный зародыш) под действием выделений внутреннего слоя клеток впячиваются и дифференцируются клетки будущей нервной системы (рис. 1в).

Рис. 1в

3. Нейрогормональная регуляция дефинитивного (окончательного) типа, осуществляемая сложной системой желез внутренней секреции и нервной системой (рис. 1г). Заметим, что гормоны вырабатываются железами под контролем нервной деятельности, а нервная система в свою очередь находится под воздействием внешней среды.

Рис. 1г

Вся совокупность внешних относительно генотипа условий и регуляторов - от природно-климатических до нейрогормональных и внутриклеточных - и составляет сложную эпигенетическую программу развития , поскольку все эти факторы существенно влияют на генную активность, стимулируя одни гены и подавляя другие.

Влияние факторов внешней среды на индивидуальное развитие

Из сказанного следуют важные определения:

фенотип - это совокупность всех признаков и свойств организма, формирующихся в процессе взаимодействия его генотипа (генетической структуры) и внешней среды;

в фенотипе никогда не реализуются все генетические возможности;

в конкретных условиях развивается конкретный фенотип .

Таким образом, в развитии фенотипа, то есть конкретного организма со всеми его индивидуальными свойствами, имеет место единство генетического и эпигенетического начал, проявляющих себя на разных уровнях организации жизни - молекулярно-генетическом, клеточном, организменном.

На вопрос: что первично, курица или яйцо? - должен последовать ответ: первично и конечно единство яйца (генотипа, программы) и курицы (фенотипа, сомы). Результатом этого единства является развивающийся организм.

Думается, что каждый сумеет сделать и некоторые практические выводы в отношении своего собственного организма и развития (это никогда не поздно), но в особенности в отношении развития своих будущих детей, которое начинается задолго до их появления на свет и даже до их зачатия. В первую очередь это касается будущих матерей, так как внешнее управление развитием закладывается уже в цитоплазме яйцеклетки, еще даже не оплодотворенной. Нарушения этой закладки в результате болезней, неправильного питания, употребления алкоголя, токсических веществ, лекарств и т. п. чревато развитием у зародыша уродств, врожденных заболеваний, а то и полным бесплодием. Не исключение и представители сильного пола. Названные внешние факторы приводят к потере подвижности сперматозоидов (одна из наиболее распространенных причин мужского бесплодия), нарушению их производства или повреждениям ДНК (мутациям), которые неминуемо передадутся клеткам ребенка. Важное полезное заключение для будущих родителей касается также роли воспитания и обучения в развитии личности. Врожденные (генотипические) интеллектуальные, художественные наклонности и даже физические задатки не проявятся в полной мере, если соответствующие гены не будут востребованы. А востребованы они будут при постоянной нагрузке, которая и создается в процессе воспитания, обучения, трудовой деятельности.

Онтогенез (от греч. ontos - сущее и genesis - развитие) - индивидуальное развитие каждой отдельной особи. Это совокупность последовательных взаимосвязанных событий, закономерно совершающихся в процессе жизненного цикла каждого организма.

Жизненный цикл одноклеточных начинается от деления материнской клетки и продолжается до следующего деления дочерней.

Жизненный цикл многоклеточных начинается с одной или группы клеток (при вегетативном размножении), от зиготы (при половом размножении) и заканчивается смертью.

В онтогенезе многоклеточных организмов с половым размножением выделяют три периода.

1. Прогенез (предзиготный) - период формирования половых клеток и оплодотворение.

2. Эмбриогенез (зародышевый) - период от зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек.

3. Постэмбриональный (послезародышевый), включающий в себя периоды:

Дорепродуктивный - до полового созревания;

Репродуктивный - взрослое состояние, в котором организм выполняет свою главную биологическую задачу - воспроизведение особей нового поколения; в этом периоде начинаются жизненные циклы потомков;

Пострепродуктивный - старение и смерть организма. Особенности онтогенеза особей каждого вида сложились в процессе

исторического развития вида - в процессе филогенеза.

Однако в основе онтогенеза каждого многоклеточного организма лежат общие механизмы роста и развития, осуществляющиеся через процессы деления клеток, их дифференцировки, морфогенетического движения.

Два главных принципа онтогенеза - дифференциация (специализация его отдельных частей) и интеграция - объединение отдельных

частей и подчинение их единому организму, проявляются на всех этапах онтогенеза и на всех уровнях организма.

Согласно современным представлениям, в клетке, дающей начало новому организму, содержится вся генетическая программа одного (при бесполом размножении) или двух родителей (при половом).

Онтогенез - это последовательная реализация генетической программы в конкретных условиях среды, поэтому конечный результат зависит не только от генотипа, определяющего общее направление морфогенетических процессов, но и от средовых факторов.

Онтогенетические процессы контролируются взаимодействием многих факторов: генетических, индуктивным взаимодействием клеток, тканей, органов зародыша, эндокринной, нервной и иммунной системами.

Тема 3.1. Онтогенез. Общие закономерности

прогенеза

Цель. Знать особенности гаметогенеза у человека, биологическое значение и сущность мейоза, строение половых клеток, стадии оплодотворения.

Задание для студентов

Работа 1. Гаметогенез

Разберите схему гаметогенеза, отметив сходство и различия в процессах созревания мужских и женских гамет. Заполните и перепишите таблицу, указав в каждом периоде гаметогенеза тип деления, название клеток, набор хромосом и количество ДНК в них.

Гаметогенез. Особенности и отличия

Работа 2. Ово- и сперматогенез у человека

Изучите и перепишите таблицу, обратив внимание на особенности созревания мужских и женских гамет у человека.

Особенности ово- и сперматогенеза у человека

Период	Сперматогенез	Овогенез
Размножение	Пролиферация сперматогониев начинается в раннем эмбриональном периоде, наиболее интенсивная - с периода полового созревания, периодические волны митозов возникают весь репродуктивный период	Пролиферация овогониев начинается в раннем эмбриональном периоде, наиболее интенсивная - между 2-м и 5-м месяцами эмбриогенеза. К 7-му месяцу в эмбриональном яичнике около 7 млн овогониев. Позже часть овогониев дегенерирует
	Подготовка к мейозу - автосинтетическая интерфаза прослеживается весь репродуктивный период	Подготовка к мейозу - автосинтетическая интерфаза начинается на 3-м месяце эмбриогенеза, заканчивается к рождению - 3 году после рождения. К моменту рождения в яичнике девочки около 100 000 овоцитов I порядка
Созревание (мейоз) 1 - редукционное деление	1-е мейотическое деление начинается в период полового созревания, продолжается 7-8 нед, заканчивается образованием 2-х сперматоцитов 2-го порядка	1-е мейотическое деление начинается на 7-м месяце эмбриогенеза, характеризуется длительной профазой с периодами «малого» и «большого» роста. В период «малого»роста хромосомы приобретают структуру «ламповых щеток», наблюдается экстракопирование (амплификация) генов, усиленный синтез иРНК, тРНК, белков, ферментов, витаминов, рибосом, мембран, митохондрий, накопление эндогенного желтка, продуцируемого овоцитом.

Окончание табл.

Период	Сперматогенез	Овогенез
2 - эквационное	Продолжается 8 ч, заканчивается образованием 4-х сперматид	В период «большого» роста происходит интенсивное запасание экзогенного желтка, продуцируемого печенью, поступающего через фолликулярные клетки. На стадии диакинеза деление блокируется - блок-1. В период полового созревания (под действием половых гормонов) блок-1 снимается. 1-е мейотическое деление заканчивается образованием крупного овоцита 2-го порядка и первого редукционного тельца. Начинается 2-е мейотическое деление, которое блокируется на стадии метафазы - блок-2, происходит овуляция. Процесс повторяется с месячной периодичностью для каждого последующего овоцита до начала климактерического периода. За весь продуктивный период овулирует 300-400 овоцитов. 2-е мейотическое деление завершается после оплодотворения образованием овотиды и второго редукционного тельца
Формирование	Продолжается 10 дней, происходит дифференцировка клеток, формирование головки, шейки, хвостика, акросомы, концентрация митохондрий в средней части

Работа 3. Сперматогенез в семеннике крыс

Рассмотрите под большим увеличением микроскопа поперечный срез семенного канальца крыс. Сравните препарат с прилагаемым рисунком, найдите клетки, находящиеся на разных стадиях сперматогенеза.

Рис. 1. Участок поперечного среза семенного канальца крысы: 1 - ограничивающая мембрана; 2 - сперматогоний тип (А) - «долгосрочный резерв»; 3 - сперматогоний тип (В) - «митотически активные клетки»; 4 - сперматоцит первого порядка; 5 - сперматоцит второго порядка; 6 - сперматиды на ранней стадии развития; 7 - сперматиды на поздней стадии развития; 8 - сперматозоиды; 9 - клетка Сертоли

Работа 4. Строение сперматозоидов различных позвоночных

Рассмотрите под большим увеличением микроскопа внешнее строение сперматозоидов:

б) морской свинки;

в) петуха.

Работа 5. Ультрамикроскопическое строение сперматозоида

Зарисуйте строение сперматозоида (рис. 2). Обозначьте основные структуры.

Рис. 2. Сперматозоид человека по данным электронной микроскопии (схема): 1 - головка; 2 - акросома; 3 - наружная мембрана акросомы; 4 - внутренняя мембрана акросомы; 5 - ядро (хроматин); 6 - хвост (волокнитая оболочка; 7 - шейка (переходный отдел); 8 - проксимальная центриоль; 9 - средний отдел; 10 - митохондриальная спираль; 11 - дистальная центриоль (терминальное кольцо); 12 - осевые филаменты хвоста

Работа 6. Строение яйцеклетки млекопитающих

Рассмотрите под большим увеличением микроскопа яичник кошки. Найдите зрелый фолликул с овоцитом 1-го порядка. Сравните препарат с прилагаемым рисунком. Зарисуйте строение яйцеклетки млекопитающего, отметив основные структуры.

Рис. 3. Строение яйцеклетки млекопитающих:

1 - ядро; 2 - ядрышко; 3 - цитоплазматическая мембрана (оволемма); 4 - микроворсинки цитоплазматической мембраны - микровилли; 5 - цитоплазма; 6 - кортикальный слой; 7 - фолликулярные клетки; 8 - отростки фолликулярных клеток; 9 - блестящая оболочка; 10 - желточные включения

Работа 7. Типы яйцеклеток хордовых и позвоночных

Заполните таблицу типов яйцеклеток у хордовых и позвоночных, указав количество и распределение желтка в цитоплазме.

Типы яйцеклеток у хордовых и позвоночных

Работа 8. Оплодотворение

Рассмотрите и зарисуйте схему (рис. 4) этапов оплодотворения у животных. Обратите внимание на акросомальную и кортикальную реакции, на формирование оболочки оплодотворения.

Рис. 4. Этапы оплодотворения:

1 - ядро сперматозоида; 2 - проксимальная центриоль; 3 - акросома; 4 - ферменты акросомы; 5 - блестящая оболочка; 6 - цитоплазматическая мембрана; 7 - кортикальный слой; 8 - желточная оболочка; 9 - акросомная нить; 10 - оболочка оплодотворения; 11 - гиалиновая оболочка; 12 - перивителлиновое пространство; 13 - сперматозоиды

Работа 9. Внутренняя фаза оплодотворения

Рассмотрите под большим увеличением микроскопа препарат - оплодотворения яйцеклетки аскариды, найдите, заштрихуйте и обозначьте:

а) стадию двух пронуклеусов;

б) стадию синкарион.

Рис. 5. Фазы оплодотворения:

1 - оболочка яйцеклетки; 2 - цитоплазма; 3 - мужской пронуклеус; 4 - женский пронуклеус; 5 - пронуклеусы на стадии синкарион; 6 - редукционные тельца

Приложение 1

Хромосомы типа «ламповых щеток»

(по Альберте, Брей, Льюис, 1994)

В длительной диплотене мейоза овоцита выделяют особую фазу диктиотены, в которой хромосомы приобретают структуру типа «ламповых щеток». Каждый бивалент состоит из 4 хроматид, образующих симметричные петли хроматина разного размера длиной 50-100 тыс. п.н., вдоль петель идет синтез РНК. Хромосомы типа «ламповых щеток» активно транскрибируются для накопления генных продуктов в цитоплазме ооцита. Эти хромосомы обнаружены в ооцитах рыб, земноводных, рептилий и птиц.

Приложение 2

Дифференцировка цитоплазмы яйца после оплодотворения

Карта презумптивных органов яйца:

а - рыбы; б - рептилии и птицы; в - амфибии

Топография закладок органов зародыша амфибии к началу гаструляции:

1 - эктодерма; 2 - нервная пластинка; 3 - хорда; 4 - кишечная эктодерма; 5 - мезодерма

Топография органов эмбриона амфибии на более поздних стадиях развития: 1 - покровная ткань (эпидермис); 2 - нервная трубка с головным мозгом; 3 - хорда; 4 - кишка с жаберными щелями; 5 - оболочка хорды; 6 - сердце

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое онтогенез? Представления об онтогенезе: эпигенез, преформизм, современное.

2. Назовите основные периоды онтогенеза человека.

3. В чем сущность и значение предзиготного периода - прогенеза?

4. Назовите периоды гаметогенеза.

5. В чем отличия сперматогенеза от овогенеза?

6. Какие существуют типы яйцеклеток по количеству и распределению желтка?

7. С чем связано изменение количества желтка в яйцеклетках в процессе филогенеза позвоночных?

8. Оплодотворение. Биологическая сущность. Партеногенез. Гиногенез. Андрогенез.

9. Биологический смысл акросомальной и кортикальной реакций в процессе оплодотворения.

10. Генетические процессы в пронуклеусах внутренней стадии оплодотворения.

11. Что такое ооплазматическая сегрегация? Какова ее роль в дальнейшем развитии яйцеклетки?

12. Какие основные проблемы характерны для прогенеза человека? В чем заключаются современные возможности их разрешения?

Тестовые задания

1. МЕЙОЗ СООТВЕТСТВУЕТ СТАДИИ ГАМЕТОГЕНЕЗА:

1. Размножения

3. Созревания

4. Формирования

2. ОВУЛЯЦИЯ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ НА СТАДИИ:

1. Овогония

2. Овоцита 1-го порядка

3. Овоцита 2-го порядка

4. Овотиды

5. Дифференцированной яйцеклетки

3. У МЛЕКОПИТАЮЩИХ И ЧЕЛОВЕКА ОПЛОДОТВОРЕНИЕ ПРОИСХОДИТ НА СТАДИИ:

1. Овогония

2. Овоцита 1-го порядка

3. Овоцита 2-го порядка

4. Овотиды

5. Зрелой дифференцированной яйцеклетки

4. СТАДИЯ РОСТА В СПЕРМАТОГЕНЕЗЕ ЗАКАНЧИВАЕТСЯ

ОБРАЗОВАНИЕМ:

1. Сперматогония

2. Сперматоцита 1-го порядка

3. Сперматоцита 2-го порядка

4. Сперматиды

5. Сперматозоида

5. БИОЛОГИЧЕСКИЙ СМЫСЛ КОРТИКАЛЬНОЙ РЕАКЦИИ:

1. Контакт гамет организмов одного вида

2. Проникновение сперматозоида в яйцеклетку

3. Сближение пронуклеусов

4. Образование оболочки оплодотворения, обеспечение моноспермии

5. Новые комбинации наследственного материала

6. ОСОБЕННОСТИ ЖЕНСКИХ ГАМЕТ МЛЕКОПИТАЮЩИХ:

1. Подвижность

2. Выраженный кортикальный слой

3. Высокий ядерно-цитоплазматический показатель

4. Акросома

5. Желток в цитоплазме

6. Блестящая оболочка

7. ФОРМЫ ПОЛОВОГО РАЗМНОЖЕНИЯ, ПРОХОДЯЩИЕ БЕЗ ОПЛОДОТВОРЕНИЯ:

1. Копуляция

2. Конъюгация

3. Гиногенез

4. Полиэмбриония

5. Андрогенез

Установите соответствие.

8. ТИПЫ ЯЙЦЕКЛЕТОК:

1. Изолецитальные

2. Телолецитальные умеренно

3. Телолецитальные резко

ХОРДОВЫЕ И ПОЗВОНОЧНЫЕ ЖИВОТНЫЕ:

а) Плацентарные млекопитающие и человек

б) Яйцекладущие млекопитающие

в) Рептилии

г) Амфибии

д) Хрящевые рыбы

е) Костные рыбы

9. В КЛЕТКАХ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ ОВОГЕНЕЗА:

1. Овогониях

2. Овоцитах 1-го порядка

3. Овоцитах 2-го порядка

4. Овотидах

НАБОР ХРОМОСОМ И КОЛИЧЕСТВО ДНК:

10. НАБОР ХРОМОСОМ И КОЛИЧЕСТВО ДНК:

В КЛЕТКАХ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ СПЕРМАТОГЕНЕЗ

а) Сперматогониях после митоза

б) Сперматоцитах 1-го порядка

в) Сперматоцитах 2-го порядка

г) Сперматогониях перед митозо

д) Сперматозоидах

Литература

Основная

Руководство к практическим занятиям по биологии / Под ред.

В.В. Маркиной. - М.: Медицина, 2006. - С. 96-104.

Биология / Под ред. Н.В. Чебышева. - М.: ВУНМЦ, 2000.

Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2007.

Дополнительная

Гилберт С. Биология развития: в 3-х т. - М.: Мир, 1998.

Фогель Ф, Матульски А. Генетика человека: в 3-х т. - М.: Мир,

Тема 3.2. Общие закономерности эмбриогенеза

Цель. Изучить стадии эмбриогенеза животных и человека, способы дробления и гаструляции, формирование зародышевых листков, формирование тканей и органов, провизорные органы у анамний и амниот и их функции.

Задание для студентов

Работа 1. Основные этапы эмбриогенеза у хордовых и человека

Используя муляжи, микропрепараты, таблицы, изучите основные стадии эмбриогенеза у животных. Отметьте особенности развития хордовых животных. Зарисуйте основные стадии эмбриогенеза на примере зародыша ланцетника (рис. 1), обозначьте части зародыша на разных этапах развития.

Рис. 2. Стадии развития человека (из разных источников):

а - дробление; б - бластоциста; в - 8-дневный эмбрион; г - 13-14-дневный эмбрион; д - 30-дневный эмбрион; е -эмбрион 5 нед (в полости матки); ж - плод в полости матки;

1 - крупные бластомеры; 2 - мелкие бластомеры; 3 - эмбриобласт; 4 - бластоцель; 5 - трофобласт; 6 - энтодерма; 7 - полость амниона; 8 - амнион; 9 - эмбрион; 10 - желточный мешок; 11 - стебелек; 12 - ворсины хориона; 13 - плацента; 14 - аллантоис; 15 - пупочный канатик; 16 - плод; 17 - шейка матки

Работа 3. Гисто- и органогенез. Производные зародышевых листков

Изучите и перепишите таблицу.

Производные зародышевых листков

Работа 4. Органогенез на примере развития начального отдела пищеварительной системы

Используя рисунки, материалы лекций и учебника, изучите особенности развития начального отдела пищеварительной системы человека.

Развитие полости рта

Первым зачатком ротовой полости является эктодермальная впадина - ротовая ямка (стомодеум, stomodaeum). Она вначале отделена от полости глотки ротоглоточной мембраной, которая затем прорывается. Ротовая ямка является не только закладкой полости рта, но и полости носа. Полость рта и носовая полость разделяются твердым и мягким нёбом, это происходит на 7-й неделе эмбриогенеза.

Эпителий крыши стомодеума образует впячивание в сторону промежуточного мозга - карман Ратке - будущая передняя доля гипофиза. В дальнейшем карман Ратке полностью отделяется от стомодеума и образует переднюю (аденогипофиз) и промежуточную доли гипофиза (эндокринная железа).

Рис. 3. Лицевая область у зародышей человека:

а - четырехнедельный зародыш; б - пятинедельный зародыш; в - зародыш в возрасте 5,5 нед;

1 - выпячивание, обусловленное средним мозговым пузырем; 2 - обонятельная плакода; 3 - лобный отросток; 4 - верхнечелюстной отросток; 5 - первичное ротовое отверстие; 6 - нижнечелюстной отросток; 7 - подъязычная жаберная дуга; 8 - третья жаберная дуга; 9 - закладка носовой дырки; 10 - закладка глаза

Развитие зубов

Спереди ротовая полость ограничена ротовым отверстием, по краям которого закладывается подковообразная полоска эпителиального утолщения - губно-десневая полоска. В ней образуется желобок, который отделяет область губ от десневой области. Из полости этого желобка образуется преддверие рта. В мезенхиму десневой области начинает врастать вторая (тоже подковообразная) утолщенная эпителиальная полоска - зубодесневая (зубная пластинка), из которой берут начало эпителиальные элементы зубов.

Эпителий зубной пластинки врастает в мезенхиму челюстных закладок (обычно на 7-й неделе). На ее внутренней поверхности появляются колбовидные выросты, из которых позже возникают эмалевые органы (каждый эмалевый орган является зачатком отдельного зуба). В эмалевый орган врастает мезенхимный зубной сосочек.

Клетки эмалевого органа формируют эмаль, а зубные сосочки - дентин и пульпу.

Сначала образуется коронка зуба. Развитие корней начинается после рождения.

Как и у молочных зубов, у постоянных зубов зачатки закладываются во время эмбриогенеза.

Развитие слюнных желез

Большие слюнные железы (околоушная, поднижнечелюстная, подъязычная), открывающиеся в ротовую полость, закладываются на 2-м месяце эмбрионального развития, малые железы ротовой полости - на 3-м месяце, имеют эктодермальное происхождение. Первоначально закладываются в виде эпителиальных канатиков, которые врастают в мезенхиму, где начинают разветвляться. Полная дифференциация желез наступает вскоре после рождения ребенка.

Развитие языка

Закладка языка состоит из трех бугорков. Два из них - правый и левый подъязычные бугорки - располагаются парно, третий - средний язычный бугорок - непарный. Между отдельными зачатками языка начинается процесс, приводящий к их сращению.

Рис. 4. Срезы зуба на различных стадиях развития (по Коллману): 1 - эмаль; 2 - дентин; 3 - мезенхима; 4 - остатки зубной полоски; 5 - эмалевая мякоть; 6 - зубной сосочек; 7 - закладки зубной альвеолы; 8 - зубная мякоть; 9 - эпителиа льные жемчужины; 10 - закладка нижней челюсти с альвеолярным отростком; 11 - закладка окончательного зуба; 12 - зубной мешочек; 13 - эпителий ротовой полости; 14 - зубная полоска; 15 - закладка языка; 16 - эмалевый орган

Рис. 5. Развитие языка. Вид изнутри на основание глоточной области: а - шестинедельный зародыш; б - семинедельный зародыш; в - у взрослого; 1 - язычный боковой бугорок; 2 - язычный средний бугорок (непарный); 3 - слепое отверстие; 4 - copula; 5 - закладка надгортанника; 6 - черпаловидные бугорки; 7 - нижняя губа; 8 - срединная борозда языка; 9 - небная миндалина; 10 - корень языка с язычной миндалиной; 11 - надгортанник

Развитие области глотки

Глотка располагается сразу за ротовой полостью.

У человека здесь закладывается 5 пар жаберных дуг, между которыми находятся 4 пары жаберных карманов. Из эктодермы шейной области навстречу жаберным карманам формируются жаберные щели.

У животных, дышащих жабрами, они соединяются, образуя сквозные щели, через которые из воды в кровь, циркулирующую в капиллярных сетях сосудов жаберных дуг, поступает кислород. У амниот, включая человека, дышащих легкими, жаберные щели и карманы закладываются, но не соединяются. У человека все жаберные карманы зарастают. В дальнейшем они преобразуются в другие структуры.

Преобразование жаберных карманов

Из первой пары жаберных карманов у человека образуются барабанные полости и слуховые трубы, соединяющие эти полости с носоглоткой. Из первой пары жаберных щелей образуются наружные слуховые проходы.

К месту расположения слуховых косточек снаружи начинает врастать впячивание наружной эктодермы, просвет которого дает начало наружному слуховому проходу. Впячивание примыкает к зачатку полости среднего уха. Позже в этом месте образуется барабанная перепонка.

Рис. 6. Развитие области глотки (вид сбоку, заимствовано у Пэттена): 1 - первый жаберный карман; 2 - второй жаберный карман; 3 - третий жаберный карман; 4 - четвертый жаберный карман; 5 - закладка щитовидной железы; 6 - закладка гипофиза; 7 - пищевод

Из материала II пары жаберных карманов образуются небные миндалины.

Из материала III и IV пар жаберных карманов образуются:

Тимус, закладка которого поисходит в конце 1-го - начале 2-го месяца внутриутробной жизни. Вскоре полости зарастают и возникают плотные эпитемиальные узлы;

Паращитовидные железы. Закладываются в виде эпитемиальных узелков, которые позже отделяются от энтодермы жаберных карманов и поверхностно располагаютя в капсуле щитовидной железы;

Ультимобронхиальные тельца. У человека они в виде С-клеток входят в состав щитовидной железы.

II, III, IV пары жаберных щелей редуцируются.

Работа 6. Провизорные органы анамний и амниот

Изучите таблицы, макропрепараты и рисунок, сравните провизорные органы и их функции у разных групп животных. Перепишите и заполните таблицу.

Работа 7. Гистологические типы плацент (Токин Б.П., 1987)

Изучите классификацию и функции плаценты. Отметьте особенность плаценты человека (рис. 7).

Плацента - провизорный орган, в ней различают зародышевую, или плодную, часть и материнскую, или маточную. Плодная часть представлена ветвистым хорионом, а материнская - слизистой оболочкой матки.

Плацента различается анатомически (по форме) и гистологически. Выделяют несколько гистологических типов плацент по степени взаимоотношения ворсин хориона и слизистой оболочки матки.

Рис. 7. Типы плацент:

1 - эпителий хориона; 2 - эпителий слизистой оболочки матки; 3 - соединительная ткань ворсины хориона; 4 - соединительная ткань слизистой оболочки матки; 5 - кровеносные сосуды ворсинок хориона; 6 - кровеносные сосуды матки; 7 - лакуны

Приложение 1

Основные этапы эмбриогенеза человека и формирование структур висцерального черепа и начального отдела пищеварительного тракта

Приложение 2

Рис. 1. Изменение внешнего вида эмбриона человека на ранних стадиях развития (Sadler, 1995):

а - стадия 25 сомитов (28 суток развития); б - 5 недель развития; в - 6 недель развития; г - 8 недель развития;

1 - зрительная плакода; 2 - слуховая плакода; 3 - жаберные дуги; 4 - сомиты; 5 - пупочный канатик; 6 - сердечный выступ; 7 - закладка верхней конечности; 8 - закладка нижней конечности; 9 - хвост; 10 - шейный изгиб; 11 - формирующийся слуховой проход; 12 - развитие пальцев рук; 13 - развитие пальцев ног

Приложение 3

Рис. 1. Провизорные органы позвоночных:

а - анамнии; б - неплацентарные амниоты; в - плацентарные амниоты; 1 - зародыш; 2 - желточный мешок; 3 - амнион; 4 - аллантоис; 5 - хорион (серозная оболочка); 6 - ворсины хориона; 7 - плацента; 8 - пупочный канатик; 9 - редуцированный желточный мешок; 10 - редуцированный аллантоис

Вопросы для самоподготовки

1. Назовите основные процессы, происходящие в эмбриогенезе.

2. Каковы основные стадии развития зародыша?

3. В чем сущность процесса дробления? Назовите и охарактеризуйте основные типы дробления.

4. Опишите зародыш на стадии морулы, бластулы, гаструлы.

5. Назовите основные способы гаструляции.

6. Какие существуют способы образования мезодермы?

7. Охарактеризуйте способы дробления и гаструляции у плацентарных млекопитающих.

8. Назовите производные трех зародышевых листков.

9. Опишите основные этапы образования начального отдела пищеварительной системы человека.

10. Назовите провизорные органы, их функции. Чем они отличаются у анамний и амниот?

11. Какое строение имеет плацента? В чем заключается ее функция? Опишите особенности строения плаценты у человека.

Тестовые задания

Выберите один правильный ответ.

1. НАБОР ХРОМОСОМ В ЗИГОТЕ:

2. ХАРАКТЕРНЫЙ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА ТИП ДРОБЛЕНИЯ:

1. Полное равномерное

2. Полное неравномерное

3. Неполное поверхностное

4. Неполное дискоидальное

3. ТИП БЛАСТУЛЫ, ХАРАКТЕРНЫЙ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА:

1. Целобластула

2. Дискобластула

3. Бластоциста

4. Амфибластула

4. ПЛАЦЕНТА, ХАРАКТЕРНАЯ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА:

1. Десмохориальная

2. Гемохориальная

3. Эндотелиохориальная

4. Эпителиохориальная

Выберите несколько правильных ответов.

5. ПРИ ГАСТРУЛЯЦИИ У ХОРДОВЫХ ПРОИСХОДИТ:

1. Закладка мезодермы

2. Закладка пищеварительных желез

3. Закладка осевых органов

4. Образование двухслойного зародыша

6. ИЗ ПЕРВЫХ ЖАБЕРНОГО КАРМАНА И ЖАБЕРНОЙ ЩЕЛИ ОБРАЗУЮТСЯ:

1. Барабанная полость

3. Ультимобранхиальное тельце

4. Слуховой проход

6. НА ПОЗДНИХ СТАДИЯХ ЭМБРИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕКА ФУНКЦИОНИРУЮТ ПРОВИЗОРНЫЕ ОРГАНЫ:

2. Желточный мешок

3. Плацента

4. Аллантоис

Установите правильную последовательность. 7. СТАДИЙ В ЭМБРИОГЕНЕЗЕ ХОРДОВЫХ:

1. Гаструла

4. Бластула

Установите соответствие.

8. В ПЕРИОДЫ

ЭМБРИОГЕНЕЗА:

1. Дробление

2. Гисто- и органогенез

3. Гаструляция

ОСНОВНЫЕ СОБЫТИЯ:

а) Образование тканей и органов

б) Образование зародышевых листков

в) Последовательные митотические деления, приводящие к образованию однослойного зародыша

Установите соответствие.

9. У ЧЕЛОВЕКА ИЗ ЗАРОДЫШЕВЫХ ЛИСТКОВ:

1. Эктодерма

2. Мезодерма

3. Энтодерма

РАЗВИВАЕТСЯ:

а) Железистый эпителий слюнных желез

б) Пульпа зубов

в) Эпителий средней части пищеварительного тракта

г) Эмаль зубов

д) Дентин зубов

Литература

Основная

Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. - Кн. 1. - С. 276-284, 287-317.

Пехов А.П.

Дополнительная

Газарян К.Г., Белоусов Л.В. Биология индивидуального развития животных. - М.: Высшая школа, 1983

Гилберт С. Биология развития. - М.: Мир, 1993. - Т. 1.

Карлсон Б. Основы эмбриологии по Пэттену. - М.: Мир, 1983.

Станек И. Эмбриология человека. - М.: Веда, 1977.

Данилов Р.К., Боровая Т.Г. Общая и медицинская эмбриология. -

М.-СПб.: СпецЛит, 2003.

Тема 3.3. Закономерности постэмбрионального периода онтогенеза

Цель. Знать типы постэмбрионального развития животных. Изучить периоды и особенности постнатального онтогенеза человека.

Задание для студентов

Работа 1. Типы развития организмов в постэмбриональном периоде

Постэмбриональный период онтогенеза начинается после выхода зародыша из зародышевых оболочек или после рождения. Он делится на три периода: дорепродуктивный (ювенильный), репродуктивный (взрослое состояние) и пострепродуктивный (имеется не у всех видов). Продолжительность указанных периодов, их временное соотношение - видоспецифичны. Основные процессы, происходящие в послезародышевом периоде онтогенеза, - это рост, формирование дефинитивных (окончательных) структур органов, половое созревание, старение. Постэмбриональный период заканчивается биологической смертью особи.

Различают два типа постэмбрионального развития: прямое и развитие с метаморфозом.

При прямом развитии в ювенильном периоде формирующаяся особь обладает всеми основными чертами организации взрослого организма и отличается главным образом меньшими размерами, пропорциями тела и недоразвитием некоторых систем органов. Прямое развитие встречается у беспозвоночных, позвоночных животных и у человека.

При развитии с метаморфозом из яйца выходит личинка, отличающаяся от взрослого животного строением и образом жизни. Личиночное развитие характерно для видов, откладывающих мелкие яйцеклетки с недостаточным количеством питательных веществ для развития всех структур, характерных для особей этого вида. Личинки по строению больше сходны с предковыми формами, могут иметь органы, не характерные взрослым особям. Они свободно передвигаются и способны самостоятельно питаться. Развитие с метаморфозом широко распространено в животном мире: губки, сцифоидные и коралловые полипы, большинство членистоногих, многие иглокожие, асцидии, круглоротые, двоякодышащие и костистые рыбы, амфибии.

Изучите таблицу, перепишите и дополните ее примерами.

Работа 2. Особенности постнатального периода онтогенеза человека

Изучите и перепишите таблицу.

Периоды	Основные процессы		Риск развития заболеваний
1. Новорож- денное? до 1 месяца	Первый этап приспособления к менее благоприятным условиям внешней среды, чем в материнском организме: нестерильным условиям, более низкой температуре, изменению внешнего давления. Отпадает пуповина. Ребенок начинает сосать грудь матери (4 суток - молозиво, затем молоко), что требует затраты сил и сопровождается потерей веса на 150-200 г. Начинается легочное дыхание. Устанавливается внеутробное кровообращение, боталлов проток и овальное отверстие между предсердиями зарастают. Изменяются функции отдельных органов. Устанавливаются собственные суточные биоритмы	Снижены ввиду незрелости иммунной нервной и других систем. Иммунитет пассивный за счет антител, полученных из материнского организма через плаценту и с молозивом. Нуждается в уходе и защите матери. Критический период	Неспецифические инфекции, перегревание, переохлаждение, патология различных органов и систем, особенно пищеварительной, вследствие недостаточности собственных ферментов. Повышена вероятность смерти
2. Младенческий (грудной) до 1 года	Интенсивный рост и развитие: длина тела увеличивается в 1,5 раза, масса - в 3 раза. Роднички закрываются, появляются изгибы позвоночника	Снижены ввиду бурного роста, морфологической незаконченности строения и

Продолжение табл.

Периоды	Основные процессы	Адаптационные возможности организма	Риск развития заболеваний
	Головной мозг бурно растет и развивается, вырабатываются многочисленные условные связи, формируется вторая сигнальная система, развиваются статические функции. Интенсивное психоэмоциональное развитие. Собственных пищеварительных ферментов вырабатывается меньше, чем у взрослого. Прорезываются молочные зубы. Пассивный иммунитет постепенно ослабевает, приобретенный - слабо выражен	функциональным несовершенством систем органов	Склонность к судорогам и другим нарушениям нервной системы. 3. Раннее детство до 4 лет	Продолжается рост и развитие ребенка, однако интенсивность роста снижается. Прорезываются все 20 молочных зубов. Особенно быстро развивается интеллект. Речь включает много слов, говорит предложениями	Повышаются постепенно	Часто - острые инфекции: корь, коклюш, ветряная оспа и др. Зубочелюстнолицевые аномалии вследствие раннего удаления молочных зубов. Увеличивается инфицирование туберкулезом

Продолжение табл.

Периоды	Основные процессы	Адаптационные возможности организма	Риск развития заболеваний
4. Первое детство 4 года - 7 лет	Первый ростовой скачок. Прорезываются большие коренные зубы. Появляются половые различия в строении скелета, отложении жира, формировании психики	Повышается постепенно	Зубочелюстно-лицевые аномалии вследствие раннего удаления молочных зубов
5. Второе детство (предпубертатный) 7-12 лет	Усиленный рост, особенно мышечной системы. Заканчивается развитие печени, дыхательной системы. Начинается смена молочных зубов на постоянные. Повышается секреция половых гормонов. Начало развития вторичных половых признаков (у девочек раньше)	Повышаются постепенно	Учащается травматизм. Патология сердечнососудистой и других систем. Аномалии прорезывания постоянных зубов и прикуса
6. Подростковый (пубертатный) 12-15-16 лет	Ростовой скачок. Заканчивается формирование кровеносной и ряда органов пищеварительной и других систем. Все молочные зубы заменяются на постоянные. Интенсивное половое созревание: усиливается выработка половых гормонов, формируются половые особенности тела, заканчивается развитие вторичных половых признаков, у девочек появляется менархе, у мальчиков - поллюции. Половое созревание характеризуется радикальными биохимическими, гормональными, физиологическими, морфологическими, нервнопсихологическими перестройками организма	Критический	Возможно проявление наследственных заболеваний, нарушения обмена веществ (ожирение или истощение). Пубертатные поведенческие кризы, агрессивность

Продолжение табл.

Периоды	Основные процессы	Адаптационные возможности организма	Риск развития заболеваний
7. Юношеский период (постпубертатный) 15-16 - 18-21 год	К концу периода прекращается рост тела. Заканчивается формирование всех систем органов. Завершается половое созревание. У юношей появляется оволосение лица. Происходит интенсивное развитие интеллекта	Могут быть снижены	Нарушения функций различных органов и систем вследствие несбалансированного роста тела и развития систем органов (особенно в связи с акселерацией). Психоневрозы
8. Первая зрелость 18-21-35 лет	Развитие взрослого организма. Устойчивый гомеостаз. Способность к воспроизведению полноценного потомства	Максимальные
9. Вторая зрелость до 55-60 лет	Физиологические изменения органов, обмена веществ, предшествующие инволюции. Замедление скорости ответных реакций. Снижение выработки гормонов, особенно половых. Проявление заметных признаков старения организма в конце периода. Постепенное угасание репродуктивной функции	Постепенно снижаются вследствие снижения функции иммунной и других систем. Критический период	Повышается риск развития соматических и психических болезней. Учащение возникновения опухолей. Могут возникнуть климактерический синдром, психические расстройства

Продолжение табл.

Периоды	Основные процессы	Адаптационные возможности организма	Риск развития заболеваний
10. Пожилой возраст до 75 лет	Постепенная инволюция органов и тканей организма. Скорость старения у разных систем органов неодинакова. Дряблость кожи. Ограничение подвижности в суставах, снижение массы и тонуса мышц. Часто - ожирение или резкое снижение веса. Снижение физической активности. Повышенная утомляемость	Слабые устойчивость и адаптация к факторам среды	Увеличение частоты развития возрастных болезней: атеросклероза, диабета, подагры и других. Психоневрозы
11. Старческий возраст до 90 лет	Инволюция всех систем. Снижение слуха, остроты зрения, памяти, воли, эмоций, психических реакций		Могут быть старческое слабоумие, депрессии
12. Долгожительство свыше 90 лет	Биологический феномен, обусловленный комплексом различных факторов, как биологических (наследственность, тип телосложения), так и социальных (традиции правильного поведения в стрессовых ситуациях), активным образом жизни и рациональным питанием

Работа 3. Окончательное формирование структур некоторых органов человека в постэмбриональном периоде

После рождения человека продолжается закладка и формирование структурно-функциональных единиц органов. Зрелость отдельных структур тела наступает асинхронно. Все органы и системы по структуре и функции становятся как у взрослого организма примерно к 20-21 году.

Изучите и перепишите таблицу

Работа 4. Зубочелюстно-лицевые аномалии человека, развивающиеся в постнатальном периоде жизни

Изучите и перепишите таблицу.

Вид аномалии	Причина возникновения
Недоразвитие нижней челюсти	Одной из причин недоразвития челюсти может быть неправильное искусственное вскармливание ребенка, так как при этом отсутствует нормальная функциональная нагрузка, необходимая для выведения нижней челюсти из дистального положения
Сужение верхней челюсти	При длительном нарушении правильного носового дыхания (незаращение костного нёба, воспалительные процессы в носовой полости) ребенок дышит через рот, что изменяет положение элементов ротоглотки
Смещение нижней челюсти вперед или ее отставание в развитии	При слишком высоком положении изголовья создаются условия для смещения челюсти вперед. Если ребенок во время сна запрокидывает голову, то создаются предпосылки для отвисания челюсти и ее отставания в развитии
Нарушение прикуса	Причиной может стать - раннее удаление молочных зубов. Это приводит к перемещению зачатков постоянных зубов кпереди, что укорачивает челюстную дугу; перенесенные воспалительные заболевания челюстей и зубов; эндокринные патологии и др.
Деформация челюстей	Вредные привычки - сосание пальца, губ, щек и различных предметов (пеленки, карандаша и т.д.), подкладывание под щеку ладони и т.д.
Формирование высокого нёба	Дисфункция щитовидной железы; длительное дыхание через рот, например при воспалительных процессах в носовой полости
Асимметрия лица	Корь, дифтерия, коклюш, рахит, скарлатина
Замедленное прорезывание зубов, гипоплазия эмали	Возможно при дисфункции щитовидной и паращитовидной желез, нарушении минерального обмена и др.
Воспаление слюнных желез	Переохлаждение, недостаточная санация ротовой полости

Работа 5. Проявления процессов старения на различных уровнях организации особи

Заполните таблицу используя материал учебника и лекций.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое постэмбриональное развитие?

2. Каковы типы постэмбрионального развития?

3. Каковы отличия прямого развития от развития с метаморфозом?

4. В чем отличительные особенности полного метаморфоза и чем он обусловлен?

5. Чем обусловлен метаморфоз амфибий?

6. Каковы периоды постнатального развития человека?

7. Какие факторы определяют развитие организма человека в постнатальный период?

8. Какие этапы онтогенеза человека входят в дорепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный периоды?

9. Чем они характеризуются?

10. Назовите критические периоды постнатального развития человека; объясните, чем они обусловлены.

11. Понятие о теориях и механизмах старения.

Тестовые задания

Выберите один правильный ответ.

1. СМЕНА ЗУБОВ У ЧЕЛОВЕКА НАЧИНАЕТСЯ В ВОЗРАСТЕ:

2. У ЧЕЛОВЕКА ГЕН СТАРЕНИЯ:

1. Находится в половых хромосомах

2. Находится в первой паре аутосом

3. Имеется в каждой паре хромосом

4. Появляется в результате мутаций

1. Детском

2. Подростковом

3. Репродуктивном

4. Пострепродуктивном

4. МАКСИМАЛЬНАЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ

ЧЕЛОВЕКА В ОСНОВНОМ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ:

1. Образом жизни

2. Питанием

3. Генотипом

4. Условиями среды

Выберите несколько правильных ответов.

5. ПРИ ПРЯМОМ ТИПЕ РАЗВИТИЯ ПРОИСХОДИТ:

1. Рост молодой особи

2. Редукция личиночных органов

3. Формирование окончательных структур органов

4. Изменение пропорций тела особи

6. ПРИ РАЗВИТИИ С ПОЛНЫМ МЕТАМОРФОЗОМ У МОЛОДОЙ

1. Форма тела, как у взрослого

2. Форма тела, отличная от взрослого

3. Личиночные органы имеются

4. Половая система отсутствует

7. НАРУШЕНИЕ ФУНКЦИЙ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ОРГАНОВ В ЮВЕНИЛЬНОМ ПЕРИОДЕ ПОСТНАТАЛЬНОГО

ОНТОГЕНЕЗА ОБУСЛОВЛЕНО:

1. Незаконченным развитием иммунной системы

2. Несбалансированностью нервной регуляции

3. Интенсивным ростом организма

4. Работой генов старения

8. РОСТ ЧЕЛОВЕКА КОНТРОЛИРУЮТ ГОРМОНЫ:

1. Соматотропин

2. Половые

3. Паратгормон

4. Тироксин

9. В ПОСТНАТАЛЬНОМ ЭТАПЕ ОНТОГЕНЕЗА ЧЕЛОВЕКА

КРИТИЧЕСКИМИ ЯВЛЯЮТСЯ ПЕРИОДЫ:

1. Новорожденности

2. Младенческий

3. Подростковый

4. Юношеский

Установите соответствие.

10. ТЕОРИИ СТАРЕНИЯ:

1. Перенапряжения нервной системы

2. Интоксикации организма

3. Накопления мутаций соматических клеток

а) И.И. Мечников

б) А.А. Богомолец

в) М. Сцилард

г) И.П. Павлов

д) Л. Хейфлик

Литература

Основная

Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. -

Кн. 1. - С. 276-278, 368-372, 381-409.

Пехов А.П. Биология и общая генетика. - М.: Изд-во РУДН, 1993. -

Дополнительная

Газарян К.Г., Белоусов М.В. Биология индивидуального развития животных. - М.: Высшая школа, 1983.

Гилберт С. Биология развития. - М.: Мир, 1996.

Тема 3.4. Регуляция онтогенеза

Цель. Изучить основные механизмы регуляции онтогенеза; влияние вредных факторов на организм человека и механизмы образования пороков развития.

Индивидуальное развитие и рост генетически детерменированы, т.е. генотип особи обуславливает определенную последовательность этапов развития и роста, а также тип развития на разных стадиях онтогенеза. В развитии отмечается единство непрерывного и прерывистого, постепенность и цикличность. В онтогенезе чередуются периоды ускоренного развития с этапами относительной стабилизации. Для онтогенеза характерна гетерохрония в закладке и созревании разных систем и тканей организма, а также разных признаков в одной системе. Для постэмбрионального периода позвоночных свойственно индивидуальное разнообразие возрастной динамики, обусловленное взаимодействием генетических и средовых факторов. Спецификой биологии развития человека является опосредованное воздействие экологических факторов через социальноэкономические и социально-психологические условия.

Задание для студентов

Работа 1. Основные факторы регуляции развития плацентарных млекопитающих

Перепишите таблицу.

Работа 2. Генетическая регуляция развития организма

На всех этапах онтогенеза гены регулируют и контролируют развитие организма.

В овогенезе в клетках синтезируется большое количество разных видов информационных и рибосомальных РНК, которые активируются после оплодотворения и контролируют развитие зародыша от зиготы до стадии бластулы. Гены самого зародыша начинают функционировать у разных видов позвоночных на разных стадиях дробления (например,

у человека на стадии двух бластомеров), и продукты их деятельности начинают регулировать развитие зародыша. Таким образом, ранние этапы развития регулируются материнскими и зародышевыми генами. Начиная со стадии гаструлы у многих видов позвоночных развитие организма регулируется только продуктами деятельности собственных генов зародыша (рис. 1).

Регуляция экспрессии генов в процессе развития организмов осуществляется на всех этапах синтеза белка как по типу индукции, так и по типу репрессии, причем контроль на уровне транскрипции определяет время функционирования и характер транскрипции данного гена.

На рис. 1 представлены некоторые модели генетической регуляции развития на уровне транскрипции. Модель 1 каскадной эмбриональной индукции (рис. 1) объясняет определенную смену стадий онтогенеза путем последовательной активации соответствующих стадиоспецифических генов. Так, индуктор 1 взаимодействует с сенсорным геном (С), активируя ген-интегратор (И), продукт деятельности которого действует через промотор (П 1) на структурные гены (СГ 1 , СГ 2 , и СГ 3) В свою очередь, продукт деятельности структурного гена СГ 3 является индуктором 2 для структурных генов СГ 4 , СГ 5 и т.д.

В процессе развития происходит также репрессия генов более ранних стадий развития. При этом репрессором могут служить продукты активности структурных генов более поздних стадий онтогенеза (модель 2, рис. 1)

Некоторые структурные гены активируются или репрессируются продуктами действия нескольких генов (модель 3, рис. 1)

Индукция или репрессия нескольких структурных генов может быть вызвана продуктом деятельности одного гена. Этой моделью можно объяснить плейотропное действие генов, влияние половых гормонов и т.д. (модель 4, рис. 1).

Разберите схемы на рис. 1 и зарисуйте модель каскадной эмбриональной индукции.

Обозначьте:

Рис. 1. Генетическая регуляция развития организма

Работа 3. Политенные хромосомы

На каждой стадии развития в создании тканеспецифических продуктов участвует лишь небольшая часть генома, причем на разных этапах онтогенеза активны строго определенные стадиоспецифические гены. Так, например, при изучении политенных (гигантских) хромосом, образовавшихся в результате многократной репликации в клетках личинок ряда видов двукрылых насекомых, хорошо видны неактивные и активные участки хромосом. Максимально активные зоны ДНК - пуфы представляют собой расплетенные участки хромосом, на которых интенсивно транскрибируются мРНК для синтеза стадиоспецифических белков. При развитии личинок ранее активные участки ДНК спирализуются, а в других зонах образуются пуфы.

1. Изучите по рис. 2 участок политенной хромосомы, претерпевающей пуфинг (по Grossbach, 1973 из С. Гилберт, 1994), зарисуйте рис. 2г.

Рис. 2. Процесс пуфинга. Стадии образования пуфа (а-г)

2. Изучите микропрепарат под микроскопом при большом увеличении и зарисуйте. Обозначьте: 1 - эухроматин; 2 - гетерохроматин; 3 - пуф.

Работа 4. Клонирование. Регуляционная способность ядер

При дифференцировке клеток происходят избирательная экспрессия разных частей генома и ограничение генетических потенций у дифференцированных клеток. Однако в ядрах соматических клеток сохраняются все гены и в соответствующих условиях они мо-

гут реактивироваться и обеспечить развитие нормального зародыша. Клонирование - это развитие нового организма, являющегося генетической копией донора соматической клетки. У видов, размножающихся половым путем, клонирование происходит при пересадке ядер из соматической клетки в энуклеированную яйцеклетку. В настоящее время получены путем клонирования животные разных классов, в том числе и млекопитающие. Оказалось, что в процессе онтогенеза генетические потенции ядер соматических клеток снижаются и чем старше донор соматических ядер, тем ниже процент развития клонированных особей. Установлено, что генетические потенции разных клеток донора неодинаковы.

Изучите рисунок по пересадке ядер, взятых из соматических клеток на разных стадиях развития лягушки (по Гердон, 1965 из Э. Дьюкар, 1978) (рис. 3).

Рис. 3. Пересадка ядер из соматических клеток в яйцеклетку лягушки на разных стадиях развития клеток донора

Работа 5. Клеточные процессы в периоды гаструляции и органогенеза

Изучите таблицу, рисунки в приложении, слайды и препараты по эмбриогенезу животных. Перепишите таблицу.

Формы клеточных взаимодействий	Образование нормальных структур (примеры)	Последствия нарушений межклеточных взаимодействий (примеры)
Клеточные перемещения	Перемещение клеток при гаструляции, образовании нервной трубки, перемещении клеток нервного гребня	Нарушение образования гаструлы, нервной трубки; нарушение формирования структур лица
Избирательное размножение	Закладка зачатков отдельных органов	Отсутствие органа или его доли, например слюнной железы
Избирательная клеточная гибель	Гибель эпителиальных клеток при слиянии нёб- ных зачатков, носовых отростков	Синдактилия, расщелина твердого нёба, расщелины верхней губы, лица
Клеточная адгезия	Слияние зачатков структур лица (нёбных отростков, носовых отростков между собой и с верхнечелюстными отростками)	Расщелины твердого нёба, верхней губы, лица
Клеточные сгущения	Образование мезодермальных зачатков зубов	Отсутствие зубов, дополнительные зубы

Работа 6. Эмбриональная индукция. Развитие зуба у млекопитающих

(Дьюкар Э., 1978)

По гребню десны закладывается первый зачаток зубов - зубная пластинка, утолщенная полоска эктодермы. Под зубной пластинкой появляется ряд мезодермальных зубных сосочков, которые индуцируют образование из эктодермы зачатков эмалевого органа (при удалении мезодермальных сосочков зачатки эмалевого органа не образуются). Взаимная индукция между эмалевым органом и мезодермальным зубным сосочком приводит к формированию клеток, образующих эмаль, дентин и пульпу. На следующей стадии дифференцировки образующиеся эмаль и дентин оказывают взаимное влияние на развитие друг друга.

Рис. 4. Ранние стадии развития зуба млекопитающих (схема): а - десна нижней челюсти, вид сверху; б - поперечный срез десны; в-е - стадии

развития зуба;->- - индукция; < ^ - взаимная индукция;

1 - гребень десны; 2 - зубная пластинка; 3 - мезодермальные зубные сосочки; 4 - зачаток эмалевого органа; 5 - амелобласты; 6 - зачаток эмали; 7 - одонтобласты; 8 - зачаток дентина; 9 - зачаток пульпы; 10 - эмаль; 11 - дентин

Разберите, зарисуйте рис. 4 и обозначьте основные структуры.

Работа 7. Нервная регуляция в онтогенезе

Нервная регуляция начинается с закладки отделов ЦНС и продолжается в течение жизни особи.

Взаимодействие между центрами ЦНС и иннервируемыми органами устанавливается на ранних этапах эмбриогенеза, причем эти структуры взаимно стимулируют развитие друг на друга. Отходящие от центров ЦНС периферические нервы подрастают к зачаткам органов и стимулируют их развитие. Отсутствие периферических нервов или их повреждение (например лекарственными препаратами, токсинами токсоплазмы и др.) вызывает нарушение формирования иннервируемых ими структур. Так, например, в Европе родилось несколько сотен детей с отсутствием конечностей, матери которых в период беременности принимали снотворное талидомид, блокирующее рост периферических нервов.

В постнатальном периоде сохраняется взаимосвязь между нервной системой и иннервируемыми органами. Родовые травмы головного мозга и периферических нервов приводят не только к параличам, но и к атрофии мышц и отставанию роста соответствующих конечностей или односторонней гипотрофии структур лица (при врожденном параличе VI-VII нервов). Способствуют восстановлению поврежденных структур головного и спинного мозга пассивные движения конечностей (для этого созданы специальные аппараты), массаж и физиотерапевтическая стимуляция иннервируемых органов.

При нейрофиброматозе (аутосомно-доминантный тип наследования) развиваются опухоли периферических нервов. Если заболевание начинается в раннем детстве, то на той стороне тела, где развиваются опухоли, возникает гипертрофия костей и мягких тканей. Например, развивается дизморфоз лица (несимметричное, непропорциональное развитие структур формирующих лицо, рисунок приложения 5).

Установлено, что в раннем детстве игры, способствующие движению кистей рук, особенно мелкие, точные формы деятельности, стимулируют развитие структур головного мозга, в том числе и развитие интеллекта.

На рис. 5 представлены схемы экспериментов на аксолотле по изучению роли периферического нерва в развитии конечностей, а также формирование двигательных центров спинного мозга при отсутствии конечностей. Удаление нерва на левой стороне зародыша аксолотля привело к отсутствию конечности на оперированной стороне тела.

Отсутствие конечности может быть обусловлено действием нейротропных тератогенов (токсины при токсоплазмозе, талидомид и др.) (рис. 5а).

Удаление зачатка конечности у зародыша аксолотля приводит к уменьшению размеров ганглиев и рогов серого вещества спинного мозга на оперированной стороне (рис. 5б).

Разберите рисунки экспериментов по изучению взаимосвязи нервных центров и иннервируемых органов.

Рис. 5. Взаимосвязь нервных центров и иннервируемых органов (Дьюкар Э., 1978, с изменениями):

а - влияние спинномозговых нервов на развитие конечности: 1 - спинной мозг; 2 - спинномозговой нерв, иннервирующий в конечность; 3 - спинномозговой ганглий; 4 - конечность; б - влияние зачатка конечности на развитие сегментов спинного мозга (поперечный срез зародыша аксолотля с удаленным зачатком конечности: 1 - спинномозговой ганглий; 2 - спинномозговой нерв; 3 - дорсальные рога серого вещества спинного мозга; 4 - вентральные рога серого вещества спинного мозга

Работа 8. Гормональная регуляция развития челюстно-лицевой области

Изучите по таблице влияние гормонов на процессы развития челюстно-лицевой области человека.

Работа 9. Воздействие вредных факторов среды на зародыш

Изучите таблицу, разберите и зарисуйте схему, приведите примеры прямого и опосредованного повреждения зародыша.

Влияние вредных факторов на плод

Продолжение табл.

Факторы	Основные механизмы нарушений	Эмбрио- и фетопатии
3. Дефицит витаминов (часто без гиповитаминоза у матери):	Нарушение метаболизма у зародыша
Витамина B 2	Нарушение роста, образование ферментов биологического окисления	Расщепление твердого нёба, гидроцефалия, аномалии сердца и др.
Витамина C	Нарушение процессов окисления, образования соединительной ткани, биосинтеза	Возможны гибель зародыша, выкидыш
Витамина E	Нарушение окисления жиров, приводящее к появлению токсических продуктов	Аномалии мозга, глаз, скелета
4. Избыток витаминов:
Витамина A	Нарушение роста, окислительновосстановительных процессов	Расщепление твердого нёба, анэнцефалия
II. Заболевания матери
1. Ревматизм	Гипоксия, нарушение трофики, дистрофические изменения плаценты	Гипотрофия плода, функциональная незрелость, аномалии органов и систем, преимущественно сердечнососудистой. У детей часто встречаются инфекционноаллергические заболевания и нарушение нервной системы
	Нарушается транспорт кислорода к плоду, дефицит железа, морфологические изменения плаценты	Гибель плода, нарушение центральной нервной системы, анемия у детей

Продолжение табл.

Факторы	Основные механизмы нарушений	Эмбрио- и фетопатии
3. Сахарный диабет	Гормональные сдвиги, гипергликемия и кетоацидоз, ухудшение маточно-плацентарного кровообращения, патологические изменения в плаценте	Гибель плода, недоношенные, незрелые с повышенной массой плоды, функциональная незрелость поджелудочной железы, легких, реже - изменения щитовидной железы, почек. Встречаются анэнцефалия, гидронефроз и др. нарушения центральной нервной системы
4. Тиреотоксикоз	Повышенное выделение гормонов щитовидной железы	Нарушение формирования центральной нервной системы, щитовидной железы и меньше других - желез внутренней секреции. Реже - аномалии сердечнососудистой системы, костномышечной, и др.
5. Иммунологический конфликт (по резус-фактору и системе AB0; наиболее часто несовместимы: 0 - A, 0 - B, A - B, B - A, комбинации групп крови матери и плода)	Проникают через плаценту резус-антитела. Проникновение через плаценту неполных изоиммунных антител A и B, которые вызывают гемолиз эритроцитов плода. Выделившийся непрямой билирубин является сильным тканевым токсином	Гемолитическая болезнь плода и новорожденного
III. Внутриутробные инфекции
1. Вирус краснухи	Инфицирование зародыша, особенно в 1-3 месяцы развития	Аномалии сердца, мозга, органов слуха, зрения и других

Окончание табл.

Факторы	Основные механизмы нарушений	Эмбрио- и фетопатии
2. Вирус гриппа	Инфицирование плода, интоксикация организма матери, гипертермия, нарушение маточноплацентарного кровообращения	Аномалии половых органов, катаракта, заячья губа
Токсоплазмоз		Уродства головного мозга, глаз, конечностей, расщелина твердого нёба
IV. Ионизирующая радиация	Поражение зародыша проникающей радиацией и токсическими продуктами поврежденных тканей	Врожденная лучевая болезнь. Наиболее часто - паралич нервной системы. Могут быть аномалии глаз, сосудов, легких, печени, конечностей
V. Влияние химических соединений, в том числе лекарственных веществ (более 600 соединений)	Непосредственное действие на зародыш. Нарушение структуры и функции плаценты. Патологические изменения в материнском организме	Различные пороки развития, зависящие от вещества, дозы и срока поступления
	Прямое токсическое действие на плод, плаценту и организм матери	Гипотрофия, склонность детей к респираторным заболеваниям
Алкоголь	Повреждение гамет, генеративные мутации. Прямое токсическое действие	Умственная отсталость, психические заболевания, пороки сердца, эпилепсия, алкогольное поражение плода
Тетрациклин	Прямое действие на зародыш	Пятнистая эмаль на зубах

Разберите и зарисуйте схему 1. Проведите примеры нарушений развития зародыша при воздействии вредных факторов непосредственно на зародыш или опосредованно через материнский организм и плаценту.

Схема 1. Пути воздействия вредных факторов среды на зародыш

Работа 10. Классификация и механизмы образования пороков развития

Изучите и перепишите.

I. По этиологическому признаку.

1. Наследственные:

а) генеративные мутации (наследственные болезни);

б) мутации в зиготе и бластомерах (наследственные болезни, мозаицизм).

2. Ненаследственные:

а) нарушение реализации генетической информации (фенокопии);

б) нарушение взаимодействия клеток и тканей; пороки развития органов и тканей (тератомы, кисты);

в) соматические мутации (врожденные опухоли).

3. Мультифакториальные.

II. По периоду онтогенеза. 1. Таметопатии:

а) наследственные;

б) ненаследственные (перезревание гамет).

2. Бластопатии до пятнадцатого дня:

а) наследственные болезни (мозацизм - зародыш состоит из клеток с нормальным и атипичным набором хромосом);

б) ненаследственные (двойниковые уродства, циклопия 1).

3. Эмбриопатии до конца восьмой недели: большинство пороков развития, пороки, обусловленные действием тератогенов.

4. Фетопатии от девяти недель до родов: пороки этой группы встречаются редко: остатки ранних структур (персестирование - бранхиогенные кисты и свищи); сохранение первоначального расположения органов; недоразвитие отдельных органов или всего плода, отклонение в развитии органов.

5. Пороки, возникающие в постнатальный период (возникают реже, чем вышеуказанные пороки, обусловлены травмами, заболеваниями, воздействием средовых факторов).

1 Циклопия - в черепе только одна орбита с одним или двумя глазными яблоками, расположенными посередине. Часто сочетается с отсутствием больших полушарий головного мозга.

Приложение 1

Генетический контроль развития млекопитающих

(по Б.В. Конюхову, 1976)

Приложение 2

Последовательные этапы формирования лица, вид спереди

(по Пэттену из Morris, Human Anatomy, McGrow-Hill, Company, New York)

а - 4-недельный зародыш (3,5 мм); б - 5-недельный зародыш 6,5 мм); в - 5,5-недельный зародыш 9 мм); г - 6-недельный зародыш (12 мм); д - 7-недельный зародыш (19 мм); е - 8-недельный зародыш (28 мм);

1 - лобный выступ; 2 - обонятельная плакода; 3 - носовая ямка; 4 - ротовая пластинка; 5 - ротовое отверстие; 6 - верхнечелюстной отросток; 7 - нижнечелюстная дуга; 8 - гиоидная дуга; 9 - медиальный носовой отросток; 10 - латеральный носовой отросток; 11 - носослезная бороздка; 12 - гиомандибулярная щель; 13 - область филтрума, сформированная слившимися медиальными носовыми отростками; 14 - наружное ухо; 15 - слуховые бугорки вокруг гиомандибулярной щели; 16 - подъязычная кость; 17 - хрящи гортани

Приложение 3

Механизмы слияния нёбных складок у зародышей млекопитающих

а - фронтальный разрез (в полости XY, показанной на врезке слева) через носовую полость и ротовую полость, в области щеки до сращения небных складок: 1 - носовая полость; 2 - носовая перегородка; 3 - небные складки; 4 - зачаток языка; 5 - нижняя челюсть; б - то же, что и на а, после сращения нёбных складок: 6 - зона гибели клеток и слияния; в - три последовательные стадии (I-III) процессов разрушения эпителия и слияния мезенхимы: 1 - эпителий левой половины неба; 2 - эпителий правой половины неба; 3 - мезенхима; 4 - макрофаги; 5 - мертвые клетки; 6 - непрерывная мезенхима; 7 - сохраняющийся эпителий; 6 - зона избирательной гибели клеток и адгезии

Приложение 4

Развитие слюнных желез у человека

Положение слюнных желез у 11-недельного зародыша человека: а-б - ранняя стадия развития слюнной железы в культуре; в-д - схема поясняющая взаимоотношения между процессами ветвления железы и распределения внеклеточного материала. Закладка борозды ветвления развивающейся дольке сопровождается сокращением микрофиламентов клетках на вершине дольки и накоплением коллагеновых волокон снаружи от базальной пластинки в области борозды. По мере прогрессирования указанных процессов происходит углубление борозды и постепенное снижение уровня синтеза гликозаминогликанов в клетках этой области. 1 - околоушная железа; 2 - отверстие выводного протока околоушной железы; 3 - отверстие выводного протока подчелюстной железы; 4 - закладка подъязычной железы; 5 - подчелюстная железа; 6 - гликозаминогликаны; 7 - коллагеновые волокна

Приложение 5

Внешние проявления нейрофиброматоза (дизморфоз структур лица, пигментные пятна на коже)

Вопросы для самоподготовки

1. В чем отличия между регуляционным и мозаичным типами развития?

2. В чем сущность дифференцировки клеток?

3. Как происходит регуляция ранних стадий эмбрионального развития и когда начинает функционировать геном зародыша?

4. В чем заключается действие генов в раннем развитии?

5. Как изменяется генетическая потенция ядер клеток в процессе развития?

6. Как осуществляется генетическая регуляция дифференцировки?

7. Какие клеточные процессы происходят в период дробления, гаструляции, органогенеза?

8. Какие основные формы взаимодействия клеток в периоды органогенеза?

9. В чем сущность эмбриональной индукции и ее виды?

10. Какова химическая структура индукторов и механизм их действия?

11. Какое значение имеет нервная система в регуляции онтогенеза?

12. Какие механизмы гормональной регуляции в онтогенезе?

13. Каковы возможные пути действия факторов среды, вызывающие нарушение эмбриогенеза?

14. Почему эмбриопатии характеризуются более глубокими нарушениями, чем фетопатии?

15. Как осуществляется взаимосвязь материнского организма и плода, каковы последствия ее нарушения?

16. В чем разница между наследственными и ненаследственными врожденными заболеваниями?

17. Что такое фенокопии?

18. Нарушения каких процессов в онтогенезе приводят к порокам развития?

19. Что такое тератогены, их классификация, механизм действия?

Тестовые задания

Выберете один правильный ответ.

1. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ОНТОГЕНЕЗА

У ПОЗВОНОЧНЫХ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПУТЕМ:

1. Уменьшения числа генов в процессе развития

2. Репрессии генов

3. Дерепрессии генов

4. Дерепрессии и репрессии генов

2. ПРИ КЛОНИРОВАНИИ РЕГУЛИРУЮТ РАЗВИТИЕ ЗАРОДЫША

1. Сперматозоида

2. Яйцеклетки

3. Сперматозоида и яйцеклетки

4. Соматической клетки

5. Яйцеклетки и соматической клетки донора

3. НЕНАСЛЕДСТВЕННЫЕ ПОРОКИ РАЗВИТИЯ

ЗУБОЧЕЛЮСТНОЙ СИСТЕМЫ ОТНОСЯТСЯ К:

1. Фетопатиям

2. Гаметопатиям

3. Эмбриопатиям

4. Бластопатиям

4. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РАЗВИТИЯ

У МЛЕКОПИТАЮЩИХ НАЧИНАЕТСЯ В ПЕРИОД:

1. Гаструляции

2. Дробления

3. Гисто- и органогенеза

4. Плодный

5. УЧЕНИЕ О ЗАРОДЫШЕВОМ РАЗВИТИИ ОРГАНИЗМОВ ПУТЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ НОВЫХ СТРУКТУР НАЗЫВАЕТСЯ:

1. Преформизм

2. Эпигенез

3. Трансформизм

4. Витализм

Выберите несколько правильных ответов.

6. ЗАКЛАДКУ И РАЗВИТИЕ ЗАЧАТКОВ ЗУБОВ У ЧЕЛОВЕКА РЕГУЛИРУЮТ:

2. Эмбриональная индукция

3. Нервная система

4. Гормоны

5. Факторы среды

7. НЕЗАРАЩЕНИЕ ВТОРИЧНОГО НЕБА У ЧЕЛОВЕКА ВОЗНИКАЕТ В СЛЕДСТВИИ НАРУШЕНИЯ КЛЕТОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ:

1. Избирательное размножение

2. Сгущение мезодермальных клеток

3. Избирательная гибель

4. Адгезия

5. Перемещение

8. СТАДИЯ ЗАВИСИМОЙ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ КЛЕТОК ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ:

1. Повышением чувствительности к действию индукторов

2. Понижением чувствительности к действию индукторов

3. Отсутствием способности к трансдифференцировке

4. Способностью к трансдифференцировке

9. НАИБОЛЬШАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНОВ ЗАРОДЫША

К ДЕЙСТВИЮ ТЕРАТОГЕНА В ПЕРИОДЫ:

1. Закладки зачатков органов

2. Закладки новых стру ктур органа

3. Дифференцировки клеток органа

4. Роста органа

Установите соответствие.

10. ПОРОКИ РАЗВИТИЯ:

1. Наследственные

2. Ненаследственные

МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ:

а) Генеративные мутации

б) Мутации в бластомерах

в) Мутации в клетках зачатков органов

г) Нарушение функций генов

д) Нарушение закладки органов

Литература

Основная

Биология / Под ред. В.Н.Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. - Кн. 1. - С. 150, 280-282, 294, 295, 297, 298, 317-368, 372, 409-418. Пехов А.П. Биология и общая генетика. - М.: Изд-во РУДН, 1993. -