Ситуационные задачи практическая №16 (1 сем.) «регуляция онтогенеза. Молекулярно-генетические механизмы дифференцировки. Критические периоды. Роль среды в развитии организма».

Задача 1. В результате оперативного вмешательства на зародыше тритона, находящегося на стадии поздней гаструлы, был получен организм с двумя нервными трубками (на спинной и на брюшной стороне). Нервные трубки ему не пересаживали. Объясните результат эксперимента. Какие участки тела зародыша пересаживались? Какое явление наблюдали исследователи?

Данный эксперимент был проведен немецким ученым Гансоном Шпеманом. Для того чтобы иметь возможность проследить за судьбой клеток определенного участка зародыша, Шпеман использовал два вида тритонов: тритона гребенчатого, яйца которого лишены пигмента и потому имеют белый цвет, и тритона полосатого, яйца которого благодаря пигменту имеют желто-серый цвет. Он пересадил на вентральную сторону гаструлы полосатого тритона участок дорсальной губы бластопора гребенчатого тритона, и сформировались 2 нервные трубки. В месте пересадки происходит развитие нервной трубки, хорды и других органов. Развитие может достичь довольно продвинутых стадий с образованием дополнительного зародыша на боковой или вентральной стороне зародыша реципиента. Дополнительный зародыш содержит в основном клетки зародыша реципиента, но светлые клетки зародыша-донора тоже обнаруживаются в составе различных органов.

Наблюдаемое явление: Эмбриональная индукция — это взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором один участок зародыша влияет на судьбу другого участка.

Задача 2. Зародыш морского ежа, находящегося на стадии дробления зиготы с помощью фермента были разделены и перемешаны бластомеры. 1. Как это сказалось на дальнейшем его развитии? 2. Какое явление наблюдали исследователи?

Наблюдаемое явление: Важное следствие регуляционных процессов – эквифинальность развития, т.е. достижение нормального (требуемого) конечного результата разными путями. Например, после диссоциации и перемешивания бластомеров морского ежа формировались нормальные личинки, однако образование структур происходило иными путями: кишечник формировался не путем инвагинации, а вследствие расхождения клеток из плотной массы – шизоцельно, скелет возникал раньше, чем покровы.

Задача 3. У новорождённого обнаружена синдактилия (сращение) и укорочение 4-го и 5-го пальцев правой кисти. Какие клеточные механизмы онтогенеза нарушены?

Был нарушен клеточный механизм - апоптоз. Апоптоз – это контролируемый физиологический процесс самоуничтожения клетки, характеризующийся поэтапным разрушением и фрагментацией ее содержимого сформированием мембранных пузырьков (апоптозных телец), впоследствии поглощаемых фагоцитами. Апоптоз имеет огромное значение в эмбриогенезе (включая имплантацию и органогенез). Нарушение гибели клеток в межпальцевых промежутках может привести к синдактилии.

Задача 4. Ребёнок родился с атрезией (отсутствием) наружного слухового прохода и спин номозговой грыжей в поясничном отделе позвоночника. Какие клеточные и системные механизмы нарушены?

Ребёнок родился с атрезией (отсутствием) наружного слухового прохода, потому что была нарушена пролиферация (это процесс размножения клеток, приумножающий объем тканей. Интенсивно протекает в период эмбрионального развития, когда клетки развивающегося эмбриона активно и непрерывно делятся). То есть у ребенка не произошла пролиферация клеток наружного слухового прохода на начальных этапах эмбриогенеза

Задача 5. На боковую поверхность зародыша тритона, находящегосяся на стадии ранней гаструлы , был пересажен участок дорсальной губы бластопора другого зародыша. Какое явление наблюдали исследователи?

В результате на боковой поверхности зародыша-реципиента сформируется комплекс осевых органов: нервная трубка, хорда, кишечная трубка, а затем разовьется дополнительный зародыш.

Формирование дополнительного зародыша можно объяснить явлением эмбриональной индукции. Эмбриональная индукция – это взаимодействие частей развивающегося зародыша, при этом более дифференцированный зачаток побуждает к развитию в определенном направлении менее дифференцированный зачаток. Автором классических опытов по эмбриональной индукции является немецкий ученый Шпеман. В приведенном в задаче опыте Шпеман назвал спинную губу бластопора первичным эмбриональным индуктором, первичным потому что под его влиянием формируется комплекс осевых органов: нервная трубка, хорда, кишечная трубка, а затем и другие органы.

(Дополнительно: способность эмбрионального материала реагировать на различного рода влияния изменением своей первоначальной судьбы назвали компетенцией. Помимо первичной индукции со стороны спинной губы бластопора, описаны индукционные влияния вторичные и третичные. Примером вторичной индукции может служить действие глазного бокала на прилежащий покровный эпителий, под влиянием бокала эпителий впячивается, отшнуровывается и становится зачатком хрусталика. Под влиянием хрусталика покровный эпителий преобразуется в роговицу. Это прмер третичной индукции. Развитие глаза является примером каскадной индукции.

Различают также гетерономную и гомономную виды индукции. Примером гетерономной индукции является влияние хордомезодермы на развитие нервной трубки и всего зародыша в целом. Гомономная индукция заключается в том, что индуктор побуждает окружающий материал к развитию в том же направлении. Например, область нефрогонотома, пересаженная другому зародышу, способствует развитию окружающего материала в сторону формирования головной почки. Чаще всего близлежащие участки зародыша оказывают взаимное влияние друг на друга.

Примером взаимной индукции является развитие зуба: первый зачаток зуба – зубная пластинка развивается по гребню десны из эктодермы. Под зубной пластинкой появляются мезодермальные зубные сосочки, которые индуцируют образование из эктодермы зачатков эмалевого органа. Взаимная индукция между эмалевым органом и зубным сосочком приводит к образованию клеток, дифференцирующихся в эмаль, дентин и пульпу. Эмбриональная индукция является одним из механизмов регуляции онтогенеза, к которым также относятся генетический контроль, межклеточное взаимодействие, контроль систем интеграций: нервной, гуморальной и иммунологической).

Задача 6. Тритону, находящемуся на стадии дифференцировки сомитов, пересадили хордомезодермальный зачаток другого тритона? 1. Как это скажется на развитии тритона? 2. Какие механизмы лежат в основе такого развития?

Пересадка хордомезодермального зачатка другого тритона на тритона, находящегося на стадии дифференцировки сомитов, может привести к различным последствиям в развитии тритона.

1. Возможны следующие сценарии:

- Хордомезодермальный зачаток успешно интегрируется в тело тритона-реципиента и продолжает свое развитие вместе с остальными тканями. В этом случае, развитие тритона может быть изменено в соответствии с генетической информацией донора.

- Хордомезодермальный зачаток не интегрируется в тело тритона-реципиента и отторгается. В этом случае, развитие тритона может быть нарушено, и это может привести к различным дефектам.

2. Механизмы, лежащие в основе такого развития, связаны с возможностью хордомезодермальных клеток индуцировать развитие других тканей. Хордомезодермальный зачаток содержит клетки, которые вырабатывают сигнальные молекулы, способные индуцировать дифференциацию соседних клеток в хорду. Если такие клетки пересаживаются на другое место в эмбрионе, они могут индуцировать развитие других тканей в соответствии с генетической информацией донора.

Задача 7. В экспериментальной лаборатории изучали способы гаструляции у позвоночных животных В одном эксперименте сначала наблюдали обрастание мелкими клетками анимального полюса более крупными клетками, которые постепенно занимали определенное положение относительно друг друга. В другом опыте вначале наблюдали расслоение клеток бластодермы на два слоя, лежащих друг над другом 1. Клетки каких животных участвовали в первом и во втором экспериментах? 2. Какие способы гаструляции наблюдали экспериментаторы? 15

1) В первом эксперименте птица, во втором - кишечнополостные или насекомые (возможно и те, и другие) (это пока не точно)

2) Первый случай - эпиболия, второй – деламинация.

Эпиболия - обрастание мелкими быстро делящимися клетками анимального полюса более крупных, отстающих в скорости деления и менее подвижных клеток вегетативного полюса.

Деламина́ция - один из типов гаструляции, заключающийся в расщеплении бластодермы на два слоя клеток (наружный и внутренний), которые соответствуют эктодерме и энтодерме.

Задача 8. В эксперименте у зародыша птицы на стадии гаструлы блокирован процесс перемещения клеток через головной узелок. Развитие какого осевого органа будет нарушено?

Хорды.

Задача 9. Дриш и Шпемана показали, что ядра ранних бластомеров морских ежей и тритонов способны обеспечить дифференцировку любых типов клеток. В их опытах бластомер, который в норме должен были дать начало лишь части зародыша, оказался способным образовывать целый организм. Какое явление было установлено в опытах эмбриолог?

В опытах было установлено явление эквивалентности генома разных клеток зародыша – тотипотентность.

Тотипотентность — это способность клетки дифференцироваться в любой вид ткани зародыша и дать начало целому организму.