Факторы регуляции развития человека и животных на разных этапах онтогенеза. Принципы и механизмы регуляции онтогенеза Регуляция онтогенеза дифференцировка

Онтогенез - процесс индивидуального развития организма (от его зарождения до смерти). Период онтогенеза от оплодотворения яйцеклетки до выхода молодой особи из яйцевых оболочек или тела матери называется зародышевым, или эмбриональным, развитием (эмбриогенез); после рождения начинается постэмбриональный период.

Изучение наследственности и изменчивости показало, что последовательное развитие признаков организма в онтогенезе происходит под контролем генетического аппарата. На разных стадиях онтогенеза происходит координированная регуляция активности различных генов. Механизмы этой регуляции и конкретная последовательность развертывания генетической программы в онтогенезе различных видов организмов интенсивно исследуются. Доказано, что хотя все клетки одного организма потенциально несут одну и ту же генетическую программу, но, во-первых, по мере развития организма разные его клетки используют разные части этой программы, а во-вторых, на характер работы генов большое влияние оказывают условия внешней, по отношению к клетке и к данному организму, среды.

Основные этапы онтогенеза.

Типы онтогенеза.

1. Прямой (без превращения)
   1. Неличиночный (яйцекладный)

яйцеклетки богаты питательными веществами, значительная часть онтогенеза в яйце во внешней среде

1. 1. Внутриутробный

обеспечение жизненных функций и развития зародыша материнским организмом через плаценту, роль провизорных органов

1. Непрямой (с превращением)
   1. Полным: яйцо – личинка – куколка – взрослая особь
   2. Не полным: яйцо – личинка – взрослая особь

Периодизация онтогенеза

1. Общебиологическая (по способности особи осуществлять функцию размножения)
   1. Прогенез
   2. Дорепродуктивный
      1. Эмбриональный

Развитие внутри яйцевых оболочек

Зародыш относительно изолирован от окружающей среды

Наиболее короток у Плацентарных – несколько суток до имплантации бластоцисты в матку

Наиболее долог у птиц и других яйцекладущих

Выход бластоцисты из оболочки – конец эмбрионального периода у Плацнтарных

1. 1. 1. Личиночный

Может длиться от дней или месяцев до нескольких лет (миноги)

Личинка – свободноживущий зародыш. Она имеет временные (провизорные) органы

Период важен для питания и расселения

У человека личиночный период гомологичен периоду развития плода в матке

Некоторые виды достигают половой зрелости на стадии личинки (Аксолотль – личинка амблиомы, способна размножаться)

1. 1. 1. Метаморфоз (превращение)

Личинка превращается в ювенильную (юную) форму

Личиночные (провизорные) органы исчезают, организм перестраивается и появляются органы взрослой жизни

У человека гомологичен родам Когда отбрасываются зародышевые оболочки, изменяется кровообращение, дыхание, гемоглобин и др.

1. 1. 1. Ювенильный

Длится до полового созревания

Происходит интенсивный рост

У млекопитающих и птиц молодь сильно зависит от родителей

1. 1. Репродуктивный

Остановка роста и активное размножение

Вторичные половые признаки

Есть виды, размножающиеся однократно (лосось) и многократно (чем больше помет, тем меньше продолжительность жизни вида)

1. 1. Пострепродуктивный (старение)

Связан со старением, характерно прекращение участия в размножении, устойчивость снижается. Различают внешние признаки старости (снижение эластичности кожи, поседение волос, развитие дальнозоркости) и внутренние (обратное развитие органов, снижение эластичности кровеносных сосудов, нарушение кровоснабжения мозга, деятельности сердца и др.). Все это приводит к снижению жизнеспособности и повышению вероятности гибели.

Существуют десятки гипотез, объясняющие механизмы старения. В настоящее время ученые рассматривают в качестве основных 2 причины старения:

· износ биологических структур вследствие возрастного накопления ошибок в клеточных механизмах под действием мутаций;

· генетически предопределенное разрушение.

1. 1. Смерть

Смерть как биологическое явление – универсальный способ ограничить участие многоклеточного организма в размножении, обеспечить смену поколений и эволюционный процесс. Скорость нарастания и выраженность изменений в процесс старения зависит от генотипа, условий жизни, образа жизни, в т.ч. питания

1. Эмбриологическая (по происходящим процессам)
   1. Дробление
   2. Гаструляция
   3. Гисто- и органогенез
2. Антропологическая
   1. Предзиготный (предэмбриональный)

Период образования и созревания половых клеток

1. 1. Пренатальный (эмбриональный)

Начинается с момента оплодотворения и заканчивается рождением или выходом из яйца. После оплодотворения зигота начинает дробиться, бластомеры постепенно выстраиваются по периферии, образуя однослойный зародыш – бластулу. Затем образуется двухслойный зародыш – гаструла, имеющая эктодерму и энтодерму, первичный рот – бластопор и полость – гастроцель. На следующем этапе закладывается третий слой клеток – мезодерма. Далее из этих пластов клеток образуются ткани и органы, т.е. идет гисто- и органогенез.

1. 1. 1. Начальный – 1 неделя после оплодотворения
      2. Зародышевый (зародыш называют эмбрионом) – со 2ой по 9ую недели после оплодотворения
      3. Плодный (зародыш называют плодом) – с 9ой по 40ую недели
   2. Постнатальный (постэмбриональный)
      1. Новорожденность (1-10 дней). Сложный период адаптации к совершенно новым условиям существования
      2. Грудной (до 1 года). Ребенок вскармливается молоком матери, в котором содержатся помимо питательных веществ, солей и витаминов готовые антитела
      3. Раннее детство (1 -3 года). Ребенок учится нормально ходить, говорить, начинает познавать окружающий мир
      4. Первое детство (4-6 лет). Ребенка интересует все окружающее и он стремится его понять
      5. Второе детство (м 7-12 лет, ж 7-11 лет). Школьный период до полового созревания
      6. Подростковый (м 13-16 лет, ж 12-15 лет). Период наступления полового созревания
      7. Юношеский (м 17-21 год, ж 16-20 лет). Период окончания роста, полового и физического созревания
      8. Первая зрелость (м 22-35 лет, ж 21-35 лет). Наилучший период для деторождения
      9. Вторая зрелость (м 36-60 лет, ж 36-55 лет). Период максимального профессионализма; после 35 лет обнаруживаются изменения некоторых физиологических и биохимических реакций обмена, которые предшествуют инволюции; к концу этого периода происходят изменения, определяющие начало процессов старения и включаются механизмы, обеспечивающие перестройку организма и его адаптацию
      10. Пожилой (м 61-75 лет, ж 56-75 лет). В это период многие люди еще сохраняют достаточную профессиональную трудоспособность, хотя процессы старения продолжают развиваться
      11. Старческий (76-90 лет). Заметно выражены старческие изменения, однако в этом возрасте многие люди сохраняют ясность ума и способность к творческому труду
      12. Долгожители (более 90 лет). До этого последнего периода онтогенеза доживают преимущественно женщины

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.

Лекция №9

Главной задачей генетики в проблеме индивидуального развития – познание и управление его внутренними факторами в дифференциальной транскрипции генов. Генетическая программа создает целостное развитие, включающее все пути клеточной дифференцировки и органогенеза. Реализация генетической информации записано чередованием нуклеотидов в ДНК зиготы, осуществляющей в результате непрерывных взаимовлияний ядра и цитоплазмы. Николай Кольцов подчеркивал важную роль обмена в-в между ядром и цитоплазмой и регуляции активности генов в онтогенезе. Цитоплазма зиготы играет важнейшую роль в прохождении ранних этапов эмбриогенеза. Цитоплазма яйцеклетки содержит много белков, РНК и других молекул. Эти молекулы синтезируют в оогенезе и имеют материнское происхождение. Для исследования цитоплазмы используют пересадку ядер. Опытами доказано, что хромосомы ядер одного вида изменяются, если перенести в цитоплазму другого вида эритроциты. Из курицы в человека или мыши показано, что оно реагирует на сигнал чужеродной цитоплазмы и начинает синтезировать ДНК и РНК. В чужеродной цитоплазме не происходит активация нормального развития генома. В ходе эмбриогенеза цитоплазматическое слияние дополняется клеточным взаимодействием. Наблюдается переход в-в из одной клетки в другую. В развитие этой гепотезы внесли вклад Генрих Штеман (1938) и Чайльд (1942).Теория градиентов концентрации химических в-в (дистантные агенты) – запускают морфологические процессы. Явление эмбриональной индукции имеет место в развитие нервной трубки, хрусталика, почки, конечностей. Индукторы – хорда мезодермы, гладкий пузырь, боковая мезодерма. В результате индукции происходит дерепрессия. Первичная индукция вероятно связано с белком (из хорды мезодермы в эктодермальные клетки мигрируют). Исследование показало, что индуктор поджелудочной железы представляет белок, синтезируемый мезенхимными клетками. Сначала стимулирует клетки тканей эктодермального эпителия, к делению число клеток увеличивается и в эндокринные и экзокринные. Дифференциальная характеристика синтеза ферментов и гормонов последовательно друг за другом в запрограммированном порядке – это показывает, что структурные гены активируются последовательно. Индукторы – это белки с молекулярным весом около 3000. Тидеман 1935. Индуктор проникает внутрь клетки и вызывает активность. Ядра клеток еще не дифференцируются и эквивалентны ядру зиготы в его исходном состоянии. В процессе дифференцировки хромосомы претерпевают изменения, связанные спецификой обмена в-в. Гены функционируют в интерфазном состоянии. Не выделяют генные продукты в цитоплазму. Функциональное состояние ядра оценивается по синтезу Днк и Рнк, определенные с помощью меченных предшественников. Если ядро нейрона лягушки пересадить в активную неоплодотворенную яйцеклетку, его ядро начинает синтезировать ДНК, но прекращается синтез Рнк => в цитоплазме яйцеклетки есть регулятор синтеза Рнк и активатор синтеза Днк. Действуют независимо и указвает на связь ядра и хромосом с дифференцировкой соматических клеток организма. Большая роль в процессах развития принадлежит гормонам (действие дистантно - значительное расстояние от места секреции). Роль – гормоны стероидной или полипептидной природы – мощные регуляторы активности клеток. Стероидные – андроген, эстроген проходят через мембрану и соединяются с цитоплазматическими белками. Затем активируется стероид регуляторного комплекса и в ядро, где связываются определенные участки хромосом, тем самым приводя специфическую активность гена. Эстроген и прогестерон контролируют функцию яйцеводов. Введение эстрогена приводит к дифференцировке клеток. Если введение прекратить, то синтез овальнунина не происходит. Повторное введение приводит к восстановлению синтеза этого белка. Полипептидные гормоны действуют на плазматическую мембрану и влияют на синтез Атф. Один из главных методов изучения дифференцировки – метод культуры ткани. В настоящее время генетическая последовательность на культуре тканей ведутся с использованием спонтанно возникающих соматических мутаций. Эти мутации затрагивают иммунные реакции. Активация генов – транскрипция – иРНК – трансляция – полипептидные цепи – структурные белки или ферменты – свойства и строение клеток (скорость размножения, специфические миграции клеток, гибель некоторых клеток) – формирование тканей и органов. Влияние экзогенных факторов приводит к изменению экспрессивности генов. Изучение механизмов регуляции активности генов является одной из проблем современной биологии. В зиготе гены не активны. Дерепрессия или активация генов происходит в ходе развития. Дерепрессия различных генов. На любой стадии дифференцировки клетки работают не более 50% генов. В качестве репрессоров – гистоны. Синтез контролируется генами. Взаимодействие клеток проявляется через взаимодействие репрессоров генов ядра и цитоплазмы и различных клеток. Мало данных, чтобы контролировать развитие организма. В онтогенезе нельзя изменить каждую – либо функцию без того, чтобы не затронуть всю систему онтогенеза. Он программирован в генотипе, протекает неравномерно. Рука состоит из 29 тканей и 1) каждая из них в процессе развития должна приобрести определенные размеры, форму и образовать сустав, 2) образоваться 40 мышц и каждая должна иметь определенную величину в соответствии с участком кости, 3) к этим мышцам подходят нервы, каждый из которых должен соединяться с соответствующим двигательным кольцевыми пластинками на мышечном волокне или с рецептором кожи, сухожилия и сустава, 4) развитие множества артерий и вен в определенных местах. Свойство – приспособление. Изменение биохимических процессов, св-ва клеток, тканей и органов. Наш генотип определяется врожденными приспособлениями организма к условиям внешней среды, т.к. факторы разнообразны, но в процессе эволюции отбор создал специальные механизмы индивидуального развития (детерминирование). Организмы одного генотипа могут легче чем другие приспосабливаться к изменениям температуры, изменениям давления. Способность организма приспосабливаться в индивидуальном развитие к изменяющимся условиям – онтогенетическая адаптация. Критерии – сохранение до воспроизведения потомства. Организм может адаптироваться к действующим факторам внешней среды. Адаптация – генотипическая и фенотипическая. Генотипическая адаптация – приспособление организма к конкретным условиям. Фенотипическая – наследственные изменения, не ограниченные в своих пределах норм реакции. Пример фенотипической адаптации. Прокариот. Дрожжи к галактозе. Выращивают на среде с глюкозой. Если поменять, среду в среду лишенной глюкозы, дрожжи не будут размножаться, но через несколько часов начнут сбраживать галактозу (перестройка механизма). Фенотипическая адаптация, т.к. если ввести глюкозу, то дрожи теряют приобретенную адаптацию к сбраживанию глюкозы. Изменяется ферментативная обеспеченность. Происходит синтез специфического фермента, который сбраживает необычный субстрат – ферментативная адаптация. Происходит клеточные изменения. Наличие фенотипической адаптации дает понять о существовании внутриклеточных механизмов, обеспечивающих адаптацию клетки к изменяющимся факторам среды.

Методическая разработка

Лабораторного занятия № 14 для студентов I-курса.

Тема занятия: «Регуляция онтогенеза».

Сургут, 2011 г.

Цель занятия : Изучить основные механизмы регуляции онтогенеза, критические периоды онтогенеза человека; влияние вредных факторов на плод и механизмы образования пороков развития.

Вопросы для самоподготовки студентов:

1. Регуляционный и мозаичный тип развития, их отличия.

2. В чем сущность дифференцировки клеток?

3. Как происходит регуляция ранних стадий эмбрионального развития; 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. Чем отличается взаимодействие клеток в период дробления, гаструляции, органогенеза?

8. Какое значение имеет контакт бластомеров, к чему приво­дит их разъединение?

9. Возможно ли развитие зародыша млекопитающих из смеси клеток двух-трех зародышей?

10. Каковы основные формы взаимодействия клеток в периоды органогенеза?

11. В чем сущность эмбриональной индукции, ее виды?

12. Каковы химическая структура индукторов и механизм их действия?

13. Какое значение имеет нервная система в регуляции онтоге­неза?

14. В чем сущность гуморальной регуляции онтогенеза, виды регуляторов.

15. Каковы механизмы гормональной регуляции в онтогенезе?

16. Какое значение в эмбриогенезе имеют морфогенетические поля?

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

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

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

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

21. Что такое фенокопии?

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

23. Что такое критические периоды эмбриогенеза?

24. Что такое тератогены; их классификация, механизм действия?

Задание для студентов.

Работа 1. Регуляция развития плацентарных млекопитающих.

Перепишите табл. 1.

Таблица 1

Работа 2. Генетическая регуляция развития организма.

Гены регулируют и контролируют развитие организма на всех этапах онтогенеза (рис. 1).

Рис. 1. Генетический контроль развития млекопитающих [Коню­хов Б. В., 1976].

В овогенезе в цитоплазме яйцеклетки синтезируются и от­кладываются материнские РНК, которые 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 синтеза белка, как по типу индукции, так и по типу репрессии, причем контроль на уровне транскрипции определяет время функционирования и характер транскрипции данного гена.

Разберите некоторые модели генетической регуляции на уровне транскрипции (рис. 2). Зарисуйте модель 1.

Рис. 2. Генетическая регуляция на уровне транскрипции.

а - модель 1: каскадная эмбриональная индукция; б - модель 2: репрессия ко­нечным продуктом; в - модель 3: регуляция экспрессии генов несколькими генами-регуляторами; г - модель 4: регуляция нескольких групп структурных генов одним геном.

Обозначьте:

С – сенсорный ген;

И – ген-интегратор;

П – промотор;

СГ – структурные гены;

O – индуктор;

Δ – репрессор.

Модель 1. Каскадная эмбриональная индукция (рис. 2, а).

Индуктор 1 взаимодействует с сенсорным геном (С), акти­вируя ген-интегратор (И), продукт деятельности которого дей­ствует через промотор (П) на структурные гены (СГ 1 , СГ 2 и СГ 3). В свою очередь продукт деятельности СГ 3 является ин­дуктором 2 для структурных генов СГ 4 , СГ 5 и т.д.

Модель 2. Репрессия конечным продуктом (рис. 2, б).

Продукты активности структурных генов в свою очередь ре­прессируют деятельность гена, контролирующего синтез ин­дуктора 1.

Модель 3. Регуляция экспрессии генов несколькими гена­ми-регуляторами (рис. 2, в).

Структурные гены активируются или репрессируются про­дуктами действия нескольких генов.

Модель 4. Регуляция нескольких групп структурных генов одним геном (рис. 2, г).

Индукция или репрессия нескольких структурных генов продуктом деятельности одного гена. Этой моделью можно объяснить плейотропное действие генов, влияние половых гормонов и т.д.

Работа 3. Политенные хромосомы.

В создании тканеспецифических продуктов участвует лишь небольшая часть генома. Места активного синтеза мРНК - пу­фы - хорошо видны в политенных (гигантских) хромосомах и представляют собой расплетенные участки хромосом, образую­щие менее компактную структуру.

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

б. Изучите по рис. 3 участок политенной хромосомы, пре­терпевающий пуфинг (по Grossbach, 1973, из Гилберт С., 1994). Зарисуйте рис. 3, г.

Рис. 3. Процесс пуфинга.

а-г - стадии образования пуфа;

Рис. 3. Процесс пуфинга (Продолжение)

д - пуфинг в политенных хромосомах в динамике.

Похожая информация.

Медицина и ветеринария

Механизмы онтогенеза Деление клеток Миграция клеток Сортировка клеток Гибель клеток Дифференцировка клеток Эмбриональная индукция Генетический контроль развития Деление клеток При делении клеток из зиготы одноклеточной стадии развития возникает многоклеточный организм. Деление клеток обеспечивает рост организма. Избирательное размножение клеток обеспечивает морфогенетические процессы.

Лекция 17. Тема: Принципы и механизмы регуляции онтогенеза.

План.

1. Механизмы онтогенеза

1. Деление клеток
   1. Миграция клеток
   2. Сортировка клеток
   3. Гибель клеток
   4. Дифференцировка клеток
   5. Эмбриональная индукция
   6. Генетический контроль развития

2. Целостность онтогенеза

2.1 Детерминация. Мозаичное и регуляционное развитие

2.2 Эмбриональная регуляция

2.3 Морфогенез

3.2. Аномалии и пороки развития. Классификация врожденных пороков развития

4. Видоизменения периодов онтогенеза, имеющие экологическое и эволюционное значение.

1. Механизмы онтогенеза

1.1 Деление клеток

При делении клеток из зиготы (одноклеточной стадии развития) возникает многоклеточный организм. Деление клеток обеспечивает рост организма. Избирательное размножение клеток обеспечивает морфогенетические процессы. В постнатальном периоде индивидуального развития благодаря клеточному делению осуществляется обновление многих тканей в процессе жизнедеятельности организма, а также восстановление утраченных органов, заживление ран.

Количество циклов клеточных делении в ходе онтогенеза генетически предопределено. Известна мутация, изменяющая размеры организма за счет одного дополнительного клеточного деления. Это мутация gt (giant), описанная у Drosophila те1апо g аster.

1.2. Миграция клеток

Миграции клеток, или клеточные перемещения, имеют большое значение, начиная с процесса гаструляции и далее, в процессах морфогенеза. Нарушение миграции клеток в ходе эмбриогенеза приводит к недоразвитию органов или к их гетеротопиям, изменениям нормальной локализации. То и другое представляет собой врожденные пороки развития.

Существуют гипотезы о дистантных воздействиях на клетки на основе хемотаксиса и о контактных воздействиях.

1.3. Сортировка клеток

В процессе эмбриогенеза клетки не только активно перемещаются, но и «узнают» друг друга, т. е. образуют скопления и пласты только с определенными клетками. Значительные координированные перемещения клеток характерны для периода гаструляции. Смысл этих перемещений заключается в образовании обособленных друг от друга зародышевых листков с совершенно определенным взаимным расположением. Клетки как бы сортируются в зависимости от свойств, т. е. избирательно. Подобную агрегацию клеток зародышевого листка с себе подобными можно объяснить способностью к избирательному слипанию клеток одного типа между собой. Одновременно это является проявлением ранней дифференцировки клеток на стадии гаструлы.

1.4. Гибель клеток

В развитии зародышей наряду с размножением клеток важную роль играют процессы гибели клеток. Наиболее яркие примеры разрушения клеток и органов относятся к постэмбриональным стадиям метаморфоза земноводных и насекомых. В ходе эмбрионального развития высших позвоночных и человека также имеют место процессы дегенерации органов, которые вначале закладываются, а затем подвергаются некрозу. Немалое значение принадлежит процессам гибели клеток при образовании полостей тела или сосудов (так называемая кавитация), имеющих вначале вид тяжей без просвета.

Генетический контроль клеточной гибели прослеживается также на примере мутаций. Анализ мутации у цыпленка показывает, что в конечности отсутствуют передняя и задняя некротические зоны, в результате чего не происходит формирования контуров, сужающих конечность, и лапка получается очень широкой. Кроме того, у таких мутантов отсутствует область некротизирующих клеток, в результате чего не происходит разделения большой и малой берцовых костей. Существуют также мутации, расширяющие зоны некроза. У дрозофилы мутация Ваг сильно уменьшает глаза, а мутация vestigial уменьшает крылья за счет увеличения участков гибели клеток. Описаны подобные мутации и у кур.

1.5 Дифференцировка клеток

Дифференцировка— это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т. е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. В самом узком смысле это изменения, происходящие в клетке на протяжении одного клеточного цикла. Примером может служить дифференцировка клеток эпидермиса кожи человека, при которой в клетках, перемещающихся из базального в поверхностные слои, происходит накопление кератина. При этом изменяются форма клеток, строение клеточных мембран и набор органоидов. На самом деле дифференцируется не одна клетка, а группа сходных клеток.

Зародышевые листки и их производные являются примером ранней дифференцировки, приводящей к ограничению потенций клеток зародыша.

Дифференцировка клеток, гистогенез и органогенез совершаются в совокупности, причем в определенных участках зародыша и в определенное время, что указывает на координированность и интегрированность эмбрионального развития.

У животных отдельные соматические клетки после стадии бластулы, как правило, не способны развиваться в целый нормальный организм, но их ядра, будучи пересажены в цитоплазму овоцита или яйцеклетки, начинают вести себя соответственно той цитоплазме, в которой они оказались.

Экспрессия гена в признак— это сложный этапный процесс, который можно изучать в основном по продуктам активности генов, с помощью электронного микроскопа или по результатам развития особи. Визуальное наблюдение в электронный микроскоп уровня генной активности, проведено в отношении только отдельных генов — рибосомных, генов хромосом типа ламповых щеток и некоторых других. На электронограммах отчетливо видно, что одни гены транскрибируются активнее других. Хорошо различимы и неактивные гены.

1.6 Эмбриональная индукция

Эмбриональная индукция — это взаимодействие частей развивающегося зародыша. Главным в эмбриональной индукции является то, что один участок зародыша влияет на судьбу другого участка. Явление эмбриональной индукции с начала XX в. изучает экспериментальная эмбриология.

Классическими считают опыты немецкого ученого Г. Шпемана и его сотрудников (1924) на зародышах амфибий. 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.

Г. Шпеман назвал спинную губу бластопора первичным эмбриональным организатором. Первичным потому, что на более ранних стадиях развития подобных влияний обнаружить не удавалось, а организатором потому, что влияние происходило именно на морфогенез. В настоящее время установлено, что главная роль в спинной губе бластопора принадлежит хордомезодермальному зачатку, который назвали первичным эмбриональным индуктором, а само явление, при котором один участок зародыша влияет на судьбы другого,— эмбриональной индукцией.

Различают гетерономную и гомономную виды индукции. Чтобы воспринять действие индуктора, компетентная ткань должна обладать хотя бы минимальной организацией. Одиночные клетки не воспринимают действие индуктора, а чем больше клеток в реагирующей ткани, тем активнее ее реакция. Для оказания индуцирующего действия иногда достаточно лишь одной клетки индуктора.

1.7. Генетический контроль развития

Очевидно, что генетический контроль развития существует, ибо как тогда понять, почему из яйца крокодила развивается крокодил, а из яйца человека — человек. Каким образом гены определяют процесс развития? Это центральный и очень сложный вопрос, к которому ученые начинают подходить, но для всеобъемлющего и убедительного ответа на него данных явно недостаточно. Главным приемом ученых, изучающих генетику индивидуального развития, является использование мутаций. Выявив мутации, изменяющие онтогенез, исследователь проводит сравнение фенотипов мутантных особей с нормальными. Это помогает понять, как данный ген влияет на нормальное развитие. С помощью многочисленных сложных и остроумных методов стараются определить время и место действия гена.

Анализ генетического контроля затрудняется несколькими моментами. Прежде всего тем, то роль генов неодинакова. Для анализа генетического контроля необходимо, кроме того, знать место первичного действия данного гена, т.е. следует различать случаи относительной, или зависимой, плейотропии от прямой, или истинной, плейотропии. Наконец, следует различать еще два способа действия мутаций на фенотип, вызывающих дизруптивные либо гомеозисные изменения. В первом случае, и это бывает чаще всего, мутации приводят к нарушению нормального развития, отсутствию или аномальному строению органов. В других случаях отклонение от нормы заключается в том, что под действием мутации типичный орган замещается гомологичным или совсем другим, но с нормальным строением. Это особый класс мутаций, описанный у насекомых и получивший название гомеозисных мутаций.

Существуют мутации, которые указывают на существование у многих видов животных так называемых генов с материнским эффектом. Особенность этих генов состоит в том, что материнский геном во время овогенеза продуцирует ферменты, необходимые для метаболизма раннего зародыша, а также передает информацию, касающуюся расположения и организации структур зародыша. Органогенез — период, когда действие мутаций проявляется в большой мере. Развитие каждого органа и тем более системы органов контролируется совокупным координированным действием сотен генов. О значении генетического контроля онтогенеза говорят многочисленные болезни, связанные с геномными и хромосомными мутациями.

2. Целостность онтогенеза

2.1. Детерминация

Детерминацией называют возникновение качественных различий между частями развивающегося организма, которые предопределяют дальнейшую судьбу этих частей прежде, чем возникают морфологические различия между ними. Детерминация предшествует дифференцировке и морфогенезу.

Исторически явление детерминации было обнаружено и активно обсуждалось в конце XIX в. В. Ру в 1887 г. укалывал горячей иглой один из первых двух бластомеров зародыша лягушки. Убитый бластомер оставался в контакте с живым. Из живого бластомера развивался зародыш, но не до конца и только в виде одной половины. Из результатов опыта Ру сделал вывод о зародыше как мозаике бластомеров, судьба которых предопределена. В дальнейшем стало ясно, что в описанном опыте Ру убитый бластомер, оставаясь в контакте с живым, служил препятствием для развития последнего в целый нормальный зародыш.

В 90-х гг. прошлого столетия О. Гертвиг и другие исследователи показали, что при полном разделении двух бластомеров амфибий из каждого развивается целый нормальный зародыш. Впоследствии многие ученые производили опыты по разделению бластомеров на разных этапах дробления у разных видов животных. Результаты оказались тоже разными. У многих беспозвоночных, например у гребневиков, круглых червей, спирально дробящихся кольчатых червей и моллюсков, а также у ящериц, изолированные бластомеры дают такие же зачатки, какие получаются из них при нормальном развитии. Они как бы обладают способностью к самодифференцировке.

Яйца таких животных назвали мозаичными. Очень четко это показано у гребневиков, обладающих в норме восемью рядами гребных пластинок. При развитии зародыша из 1/2 яйца получается четыре ряда гребных пластинок, из 1/4—только два, из 1/8—один ряд. На этом основании предположили, что у подобных форм в период овоплазматической сегрегации достигается жесткая, необратимая расстановка структур.

Приведенные примеры показывают, что детерминация связана не со свойствами отдельных клеток, но со свойствами развивающегося организма как целостной системы, обладающей взаимосвязанными и взаимозависимыми частями.

2.2. Эмбриональная регуляция

Сохранение нормального хода развития целого зародыша после его нарушения, естественного или искусственного, получило название эмбриональной регуляции, а достижение нормального конечного результата развития разными путями — эквифинальности.

Для изучения регуляционных возможностей зародышей использовали следующие методические приемы: 1) удаление части материала зародыша; 2) добавление избыточного материала; 3) перемешивание материала, а также изменение пространственного взаиморасположения путем центрифугирования или сдавления. Эти манипуляции проводили на стадиях яйца, зиготы, дробления, гаструляции и органогенеза.

Потенции — это максимальные возможности элементов зародыша, т.е. направления их развития, которые могли бы осуществиться. В норме реализуется лишь одно из них, а остальные могут быть выявлены в эксперименте. Широкие потенции называют еще тотипотентностью.

В отношении млекопитающих было высказано предположение, что в их зародышах предетерминированные локализованные участки цитоплазмы не играют никакой роли. Эмбриональные регуляции были открыты немецким эмбриологом Г. Дришем (1908). Таким образом, детерминация и эмбриональная регуляция являются противоположными свойствами и теснейшим образом взаимосвязаны в системе целостного развивающегося зародыша.

2.3. Морфогенез

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.

В настоящее время разрабатывают несколько подходов к проблеме регуляции и контроля морфогенеза.

Концепция физиологических градиентов, предложенная в начале XX в. американским ученым Ч. Чайльдом, заключается в том, что у многих животных обнаруживаются градиенты интенсивности обмена веществ и совпадающие с ними градиенты повреждаемости тканей. Эти градиенты обычно снижаются от переднего полюса животного к заднему. Они определяют пространственное расположение морфогенеза и цитодифференцировки. Более современной является концепция позиционной информации, по которой клетка как бы оценивает свое местоположение в координатной системе зачатка органа, а затем дифференцируется в соответствии с этим положением. Концепция морфогенетических полей, базирующаяся на предположении о дистантных либо контактных взаимодействиях между клетками зародыша, рассматривает эмбриональное формообразование как самоорганизующийся и самоконтролируемый процесс. Предыдущая форма зачатка определяет характерные черты его последующей формы. Кроме того, форма и структура зачатка способны оказать обратное действие на биохимические процессы в его клетках. Были предложены математические модели формообразования, например, перехода эмбрионального головного мозга из стадии одного пузыря в стадию трех пузырей.

3. Роль нарушений механизмов онтогенеза в патологии человека

3.1. Критические периоды в онтогенезе человека

С конца XIX в. существует представление о наличии в онтогенетическом развитии периодов наибольшей чувствительности к повреждающему действию разнообразных факторов. Эти периоды получили название критических, а повреждающие факторы — тератогенных. Единодушия в оценке различных периодов, как более или менее устойчивых, не существует.

Критические периоды различных органов и областей тела не совпадают друг с другом по времени. Причиной нарушения развития зачатка является большая чувствительность его в данный момент к действию патогенного фактора, чем у других органов. При этом действие разных факторов может вызвать одну и ту же аномалию. Установлено два критических периода в развитии плацентарных млекопитающих. Первый из них совпадает с процессом имплантации зародыша, второй — с формированием плаценты.

Действие тератогенных факторов во время эмбрионального (с 3 до 8 недели) периода может привести к врожденным уродствам. У каждого органа есть свой критический период, во время которого его развитие может быть нарушено. Чувствительность различных органов к повреждающим воздействиям зависит от стадии эмбриогенеза.

Факторы, оказывающие повреждающее воздействие, не всегда представляют собой чужеродные для организма вещества или воздействия. Это могут быть и закономерные действия среды, обеспечивающие обычное нормальное развитие, но в других концентрациях, с другой силой, в другое время. К ним относят кислород, питание, температуру, соседние клетки, гормоны, индукторы, давление, растяжение, электрический ток и проникающее излучение.

3.2. Аномалии и пороки развития.

Классификация врожденных пороков развития

Врожденными пороками развития называют такие структурные нарушения, которые возникают до рождения (в пренатальном онтогенезе), выявляются сразу или через некоторое время после рождения и вызывают нарушение функции органа. Последнее отличает врожденные пороки развития органов от аномалий, при которых нарушение функции обычно не наблюдается. Существует несколько различных критериев, на основе которых классифицируют врожденные пороки развития. В зависимости от причины все врожденные пороки развития делят на наследственные, экзогенные (средовые) и мультифакториальные.

Наследственными называют пороки, вызванные изменением генов или хромосом в гаметах родителей, в результате чего зигота с самого возникновения несет генную, хромосомную или геномную мутацию. Экзогенными называют пороки, возникшие под влиянием тератогенных факторов.

Мультифакториальными называют пороки, которые развиваются под влиянием как экзогенных, так и генетических факторов. Кроме того, к этой группе относят все пороки развития, в отношении которых четко не выявлены генетические или средовые причины.

Причины врожденных пороков устанавливаются при применении синдромологического анализа. Синдромологический анализ — это обобщенный анализ фенотипа больных с целью выявления устойчивых сочетаний признаков, что помогает в установлении причины и механизмов возникновения пороков.

В зависимости от стадии, на которой проявляются генетические или экзогенные воздействия, все нарушения, происходящие в пренатальном онтогенезе, подразделяют на гаметопатии, бластопатии, эмбриопатии и фетопатии. В зависимости от последовательности возникновения различают первичные и вторичные врожденные пороки. Первичные пороки обусловлены непосредственным действием тератогенного фактора, вторичные — являются осложнением первичных.

По распространенности в организме первичные пороки подразделяют на изолированные, или одиночные, системные, т. е. в пределах одной системы, и множественные, т. е. в органах двух систем и более. Комплекс пороков, вызванный одной ошибкой морфогенеза, называют аномаладом.

В основу классификации врожденных пороков, принятой ВОЗ, положен анатомо-физиологический принцип (по месту локализации).

По филогенетической значимости можно все врожденные пороки развития разделить на 1) филогенетически обусловленные и 2) не связанные с предшествующим филогенезом, т. е. нефилогенетические.

Филогенетически обусловленными называют такие пороки, которые по виду напоминают органы животных из типа Хордовые и подтипа Позвоночные. Если они напоминают, органы предковых групп или их зародышей, то такие пороки называют анцестральными (предковыми) или атавистическими. Примерами могут служить несращение дужек позвонков, шейные и поясничные ребра, несращение твердого нёба и др. Если пороки напоминают органы родственных современных или древних, но боковых ветвей животных, то их называют аллогенными. Филогенетически обусловленные пороки показывают генетическую связь человека с другими позвоночными, а также помогают понять механизмы возникновения пороков в ходе эмбрионального развития.

Нефилогенетическими являются такие врожденные пороки, которые не имеют аналогов у нормальных предковых или современных позвоночных животных. К таким порокам можно отнести, например, двойниковые уродства и эмбриональные опухоли, которые появляются в результате нарушения эмбриогенеза, не отражая филогенетических закономерностей.

4. Видоизменения периодов онтогенеза, имеющие экологическое и эволюционное значение

Диапауза. Деэмбрионизация. Эмбрионизация. Неотения.

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
28325.		Недействительность сделок: понятие, виды, последствия	22.11 KB
	Недействительность сделки означает что она не влечет юридических последствий на достижение которых была направлена но в то же время порождает последствия установленные законом в связи с ее не действительностью. ГК РФ подразделяет недействительные сделки на ничтожные и оспоримые. В теории гражданского права такие сделки называются абсолютно недействительными. Ничтожные сделки не влекут возникновения изменения или прекращения гражданских прав и обязанностей на которые они были направлены.
28326.		Осуществление гражданских прав и исполнение обязанностей: понятие, принципы и способы осуществления	15.41 KB
	Под осуществлением гражданского права понимается совершение действий по реализации возможностей заложенных в содержании субъективного права. Содержание границы того или иного субъективного права определяются нормативными актами или договорами например согласно статье 209 ГК РФ содержание права собственности составляет возможность владеть пользоваться и распоряжаться вещью. 9 ГК РФ граждане и юридические лица осуществляют принадлежащие им гражданские права по своему усмотрению принцип диспозитивности. Носитель субъективного права...
28327.		Пределы осуществления субъективных гражданских прав. Злоупотребление правом	13.92 KB
	Пределы осуществления субъективных гражданских прав. Злоупотребление правом. Пределы осуществления субъективных гражданских прав ОСГП это законодательно очерченные границы деятельности управомоченных лиц по реализации возможностей составляющих содержание данных прав. Пределы ОСГП: а осуществление субъективных гражданских прав е имеет временные границы т.
28328.		Представительство по гражданскому праву: понятие, виды, основания возникновения	16.43 KB
	Представительство отношение в соответствии с которым сделка совершенная одним лицом представителем от имени другого лица представляемого в силу полномочия основанного на доверенности указании закона либо акта уполномоченного на то органа государственного местного самоуправления непосредственно создает изменяет и прекращает гражданские права и обязанности представляемого ст. Представитель это лицо юридическими действиями которого приобретаются изменяются или прекращаются права и обязанности для представляемого по отношению...
28329.		Доверенность по гражданскому праву	15.53 KB
	Доверенность по гражданскому праву. Доверенность это документ выдаваемый представителю в целях определения характера и объема предоставляемых ему полномочий. Общая доверенность определяет полномочия на совершение разнообразных сделок и иных юридических действий на управление имуществом гражданина руководителю филиала юридического лица. Специальная доверенность необходима для совершения однородных действий на распоряжение вкладом на вождение автомобиля на ведение судебных и арбитражных дел.
28330.		Защита гражданских прав: понятие, предмет и форма защиты	14.21 KB
	Защита гражданских прав: понятие предмет и форма защиты. Защита гражданских прав выражается в действиях субъектов права а также уполномоченных органов по предупреждению правонарушения или восстановлению нарушенных прав. Право на защиту выражается в применении мер имущественного характера и направлено на компенсацию восстановление существующего положения и реализуется в исковой форме в судебном порядке. Защита гражданских прав в административном порядке осуществляется лишь в случаях предусмотренных законом.
28331.		Основные способы защиты гражданских прав	15.58 KB
	Выбор того или иного способа защиты определяется сущностью нарушенного права и характером нарушения. Признание права применяется в тех случаях когда необходимо устранить неопределенность в существовании субъективного права. В основном используется для защиты абсолютных прав права собственности авторства. Восстановление положения существовавшего до нарушения права применяется когда субъективное право в результате нарушения не прекратило своего существования например истребование собственником имущества из чужого незаконного владения.
28332.		Самозащита гражданских прав	14.5 KB
	Самозащита гражданских прав. Под самозащитой гражданских прав понимается совершение управомоченным лицом действий фактического порядка направленных на защиту нарушенного права. В статье 12 ГК РФ самозащита определяется как способ защиты гражданских прав однако это форма защиты которая может осуществляться различными способами. Применение мер самозащиты допускается в основном для защиты абсолютных личных и имущественных прав жизни здоровья права собственности.
28333.		Меры оперативного воздействия на нарушителя гражданских прав	16.7 KB
	Меры оперативного воздействия на нарушителя гражданских прав. Под мерами оперативного воздействия понимаются такие юридические средства которые применяются к нарушителю непосредственно управомоченной стороной гражданского правоотношения в одностороннем порядке без обращения за содействием к компетентным органам. Юрисдикционная форма защиты осуществляется различными управомоченными государством субъектами в судебном и административном порядке. Судебный порядок наиболее приспособлен к защите прав основанных на равенстве участников...