85. Механизмы онтогенеза на клеточном и организменном уровнях: размножение¸рост, диффер-ка, морфогенез.

Рост, увеличение массы индивидуума (особи), происходящее за счёт увеличения числа клеток, массы клеток и неклеточных образований. Рост живой системы происходит в результате

преобладания анаболизма над катаболизмом.

У животных в процессе индивидуального развития, или онтогенеза, Рост тесно связан с качественными изменениями - дифференцировкой. Рост и дифференцировка часто осуществляются асинхронно, но не исключают друг друга. Показателями Рост обычно служат изменение массы (весовой Рост) или линейных размеров (линейный Рост) особи или органа. Для описания Рост используют: кривые Рост (характеризующие изменение массы или длины тела в течение онтогенеза); величину абсолютного и относительного приростов за определённый отрезок времени; удельную скорость

Нарушение любого этапа может привести к возникновению пороков развития и уродств.

Дифференцировка.

Дифференцировка – это процесс формирования структурно-функциональной организации клеток многоклеточных животных и растений, в результате которого клетки приобретают способность к выполнению отдельных функций в сложном организме. Дифференцированное состояние в норме стабильно: клетки нервной ткани не превращаются в печеночные или эпителиальные клетки кишечника, и наоборот.

Конечная дифференцировка часто связана с утратой способности клеток к размножению. Активная пролиферация и функционирование – процессы в норме, как правило, исключают друг друга. Это, вероятно, и служит причиной того, что, например, нервные клетки млекопитающих делятся только в эмбриональном и раннем постэмбриональном периодах. При развитии взрослого организма формируются комплексы, состоящие из многих нервных клеток, выполняющих разные функции, начиная от чувствительного нейрона и кончая двигательным. Если бы нервные клетки постоянно делились во взрослом организме, то поддержание целостности этих комплексов было бы невозможно, что, несомненно, имело бы катастрофические последствия для нервной регуляции.

Итак, дифференцированное состояние проявляется в специфическом “портрете” соматических клеток и их функциональной характеристике. Детерминация клеток начинается в раннем эмбриогенезе и постепенно сужает число возможных превращений клеток до одного какого-либо дифференцированного состояния или очень немногих.

Детерминированные клетки постепенно вступают на путь развития (неспециализированные эмбриональные клетки превращаются в дифференцированные клетки организма). Дифференцированные клетки в отличие от детерминированных обладают специальными морфологическими и функциональными организациями. В них происходят строго определенные биохимические реакции и синтез специальных белков.

Клети печени – альбумин.

Клетки эпидермиса кожи – кератин.

Мышцы – актин, миозин, миелин, миоглобин.

Молочные железы – казеин, лактоглобулин.

Щитовидная железа – тироглобулин.

Слизистая оболочка желудка – пепсин.

Поджелудочная железа – трипсин, химотрипсин, амилаза, инсулин.

Как правило, дифференциация происходит в эмбриональном периоде и приводит к необратимым изменениям полипотентных клеток эмбриона.

Синтез специальных белков начинается на очень ранних стадиях развития. Касательно стадии дробления: бластомеры отличаются друг от друга цитоплазмой. В цитоплазме различных бластомеров имеются разные вещества. Ядра всех бластомеров несут одну и ту же генетическую информацию, т.к. имеют одинаковое количество ДНК и идентичный порядок расположения пар нуклеотидов. Вопрос о специализации до сих пор не нашел ответа.

1939 год Томас Морган выдвинул гипотезу: « дифференцировка клеток связана с активностью разных генов одного и того же генома». В настоящее время известно, что в дифференцированных клетках работает около 10% генов, а остальные неактивны. В силу этого в разных типах специализированных клеток функционируют свои определенные гены. Специальными опытами по пересадки ядер из клеток кишечника головастика в безъядерную яйцеклетку было доказано, что в дифференцированных клетках сохраняется генетический материал и прекращение функционирования определенных генов обратимо. Из яйца лягушки удаляли ядро, брали ядро из клетки кишечника головастика. Развитие не происходило, иногда эмбриогенез происходил нормально. Строение взрослой лягушки полностью определялось ядром.

На функционирование генов в процессе развития многоклеточного организма оказывают влияние сложные и непрерывные взаимодействия ядра и цитоплазмы и межклеточные взаимодействия.

Регуляция дифференцировки происходит на уровне транскрипции и на уроне трансляции

Морфогенез – возникновение и развитие органов, частей тела организмов как в онтогенезе, так и в филогенезе. Изучение особенностей морфологии на разных этапах онтогенеза в целях управления развитием организмов составляет основную задачу биологии развития, а также генетики, молекулярной биологии, эволюционной физиологии и др. и связано с изучением закономерностей наследственности.

Морфогенез — это процесс возникновения новых структур и изменения их формы в ходе индивидуального развития организмов. Морфогенез, как рост и клеточная дифференцировка, относится к ациклическим процессам, т. е. не возвращающимся в прежнее состояние и по большей части необратимым. Морфогенез на надклеточном уровне начинается с гаструляции. У хордовых животных после гаструляции происходит закладка осевых органов. В этот период, как и во время гаструляции, морфологические перестройки охватывают весь зародыш. Следую­щие затем органогенезы представляют собой местные процессы. Внутри каждого их них происходит расчленение на новые дискрет­ные (отдельные) зачатки. Так последовательно во времени и в пространстве протекает индивидуальное развитие, приводящее к формированию особи со сложным строением и значительно более богатой информацией, нежели генетическая информация зиготы. Таким образом, морфогенез представляет собой многоуровне­вый динамический процесс. В настоящее время уже многое известно о тех структурных превращениях, которые происходят на внутри­клеточном и межклеточном уровнях и которые преобразуют хими­ческую энергию клеток в механическую, т. е. об элементарных движущих силах морфогенеза.

Критические периоды развития.

Критический период – период, который связан с изменением обмена веществ (переключение генома).

В онтогенезе человека выделяют:

1. развитие половых клеток

2. оплодотворение

3. мплантация (7-8 неделя)

4. развитие осевых органов и формирование плаценты(3-8 недели)

5. стадия роста головного мозга (15-20 недели).

6. формирование основных функциональных систем организма и дифференцировка полового аппарата(10-14 недели).

7. рождение(0-10 дней)

8. период грудного возраста – максимальная интенсивность роста, функционирование системы энергопродукции и др.

9. дошкольный (6-9 лет)

10. пубертатный - для девочек 12. для мальчиков 13 лет.

11. окончание репродуктивного периода, у женщин – 55, у мужчин – 60 лет.

В критические периоды развития проявляются мутации, поэтому надо быть внимательным к этим периодам. Все генетические программы связаны с детскими учреждениями.

Наследственные пороки (уродства) вызваны изменениями у родителей в ходе гаметогенеза в генотипе.

Наследственные уродства – выражены из-за повреждающих факторов среды.

Описано около 50 форм наследственной глухоты. Около 250 аномалий глаза, около 100 аномалий скелета.

В развитии организма большое значение имеют иммунная, эндокринная и нервная системы.

Иммунная система способствует сохранению и зарождению жизни, контролирует генотипическое постоянство, выполняет контрольные функции. На ранних стадиях эмбриогенеза формируется из стволовых клеток.

До 2 месячного возраста развивается тимус, угасает к периоду полового созревания.

Иммунная система очищает организм от мутирующих генотипов.