Ответы к экзаменационным ворпосам. 1 Предмет биологии. Биология

• Название: 1 Предмет биологии. Биология
• Анкор: Ответы к экзаменационным ворпосам.doc
• Дата: 16.01.2018
• Размер: 1.41 Mb.
• Имя файла: Ответы к экзаменационным ворпосам.doc
• Тип: Документы; #14267
• страница: 13 из 27

(30) Биология развития. Во времени жизнь организована как смена поколений организмов. Организмы каждого поколения осуществляют закономерный процесс развития или жизненный цикл. Наиболее демонстративен жизненный цикл многоклеточных растений и животных, размножаю­щихся половым способом, который начинается одной клеткой — зиготой. Совершающиеся в определенной* последовательности преобра­зования клеток, образующихся в результате деления зиготы и ее потомков, обусловливают рост организма, выделение в нем клеток разных направлений специализации и частей, различающихся строением и выполняемыми функциями, и наконец, достижение состояния зрелости. Зрелый организм выполняет главную биологическую зада­чу — воспроизведение особей следующего поколения. В дальнейшем организм стареет, что проявляется в снижении уровня его жизнедея­тельности. Жизненный цикл завершается смертью. Жизненные циклы некоторых одноклеточных эукариот и микроорганизмов нередко исчерпываются клеточным циклом. Их усложнение связано с возмож­ностью образования цист или спор, включением стадии полового размножения. Переходной формой между циклами одноклеточных и многоклеточных организмов служит жизненный цикл некоторых колониальных простейших, например Volvoх. В отличие от однокле­точных у них происходит стабильное выделение в развитии линий генеративных и соматических клеток, однако не наблюдается разнообразия морфофункциональных специализаций соматических кле­ток. У многих простейших и низших многоклеточных циклы отлича­ются высокой степенью сложности.

Совокупность взаимосвязанных и детерминированных хронологиче­ских событий, закономерно совершающихся в процессе осуществления организмом жизненного цикла, обозначают терминами «онто­генез» или «индивидуальное развитие».

Различают два главных типа индивидуального развития — непрямое (с метаморфозом) и прямое. Первый из названных типов характеризуется наличием особой вставочной фор­мы - личинки, более или менее отличной от зрелой особи по строению тела и ведущей активный образ жизни. Некоторые личинки имеют органы захвата и переработки пищи, тогда как другие снабжены лишь органами расселения. Последнее типично для личинок паразитов (мирацидий и циркария сосальщиков, корацидий широкого лентеца). Совокупность процессов, в результате которых происходит переход от личиночной к взрослой форме, называется метаморфозом. Он заключается в изменении внешнего вида и строения животного и достижении им половозрелого состояния. Непрямой тип индивиду­ального развития свойствен видам, откладывающим яйца с относи­тельно малым количеством желтка.

При прямом развитии зародышевый период заканчивается рождением молодой формы, имеющей общий план строения, набор органов и систем, характерный для зрелого состояния, но отличающей­ся меньшими размерами, функциональной и структурной незрелостью органов и систем. Этот тип развития присущ животным, откладываю­щим яйца с высоким содержанием желтка.
Характерные особенности имеет тип развития плацентарных млекопитающих и человека. Он является вариантом прямого развития, но отличается тем, что непосредственно по окончании зародышевого периода после рождения новый организм не способен к самостоятельному образу жизни, так как нуждается в специфическом питании — секрете определенных желез материнского организма (молоко).

Изменения в индивидуальном развитии проявляются на разных уровнях организации особи — генетическом, молекулярно-биохимиче-ском, клеточном, тканевом, органном, системном. Исследования индивидуального развития проводятся с участием специалистов многих отраслей биологической науки — генетиков, биохимиков, морфоло­гов, эмбриологов, молекулярных биологов. Усиление роли междисцип­линарных исследований онтогенеза, наметившееся в начале текущего столетия, привело к возникновению самостоятельной области науки о живом — биологии развития. Она изучает наследственные, молекулярные, структурные основы, а также механизмы регуляции онтогенетических изменений на всех этапах жизненного цикла особи.

Основу процесса индивидуального развития составляет наслед­ственная информация, получаемая потомками от родителей. Доста­точно, однако, сравнить, например, человека на начальной, однокле­точной стадии онтогенеза и во взрослом состоянии, чтобы прийти к заключению о том, что в ходе развития объем информации, воспроизведенный в структурах и метаболизме организма, возрастает. Об этом свидетельствует, в частности, большее разнообразие химиче­ских соединений, их неслучайное распределение в органах, наличие самих органов и многое другое, что мы наблюдаем у взрослой особи и не обнаруживаем в зиготе. Накопление информации в процессе развития служит важной чертой онтогенеза и свидетельствует о его системном характере. Первичная наследственная информация зиготы играет роль инструкции, в соответствии с которой при активном регулирующем влиянии факторов окружающей среды в развивающемся организме последовательно образуются и закономерно взаимодействуют друг с другом молекулы и структуры разных уровней сложности. С учетом этого замечания онтогенез можно определить как процесс реализации потомком наследственной информации родителей в определенных условиях окружающей среды. Это определение подчеркивает, что генетические закономерности играют важную роль в индивидуальном развитии, но не исчерпывают всего его содержания.

Кроме зародышевого развития, роста, старения биология развития изучает также молекулярно-генетические, клеточные и системные механизмы регенерации — совокупности процессов, обусловливающих восстановление структур, снашиваемых в процессе жизнедеятельности организма или утрачиваемых вследствие травмы.

Онтогенез и его периодизация. Онтогенез представляет собой непрерывный процесс развития особи. Однако для удобства изучения, а также в связи с тем, что на от­дельных этапах его происходит смена преобладающих молекулярных, клеточных и системных механизмов и характера отношений организма с окружающей средой онтогенез многоклеточных организмов подразде­ляют на периоды и стадии. Предложено несколько схем периодизации индивидуального развития. В соответствии с одной из них, имеющей широкое распространение, выделяют эмбриональный и постэмбриональный периоды. У
лацентарных животных и человека выделяют дородовый (антенатальный) и послеродовый (постнатальный) периоды. Пер­вый охватывает развитие до рождения особи и происходит под покровом яйцевых оболочек, а у плацентарных в материнском организме. В этот период факторы окружающей среды оказывают на развивающийся организм опосредованное действие. После рождения, с началом постнатального периода принципиальным образом меняются условия существования организма. Он начинает самостоятельную жизнь, вступая в непосредственное взаимодействие с окружающей средой.

Названные периоды онтогенеза подразделяются на стадии, различающиеся по конкретному содержанию изменений. У животных, размножающихся половым способом, эмбриональный период пред­ставлен следующими стадиями: одноклеточной (зигота), дробления (образование однослойного зародыша бластулы), гаструляции (образо­вание трехслойного зародыша), гисто- и органогенезов (образование тканей и органов). В первые 8 нед развивающийся организм человека называют эмбрионом или зародышем, что соответствует прохождению им зародышевой стадии. С9-й недели начинается плодная стадия развития. Организм приобретает характерные наружные формы, в нем обособляются закладки органов. На этой стадии он называется плодом.

В постнатальном периоде при прямом типе развития выделяют ранний и поздний постнатальный онтогенез. При этом к раннему постнатальному онтогенезу относят отрезок жизни до приобретения черт структурно-функциональной и репродуктивной зрелости, а к поз­днему — отрезок жизни, соответствующий зрелому состоянию и старе­нию организма. Дальнейшее подразделение наиболее детально прово­дится для человека. Оно обосновывается результатами исследования возрастной физиологии и медицины. Так, в раннем постнатальном онтогенезе человека выделяют периоды новорожденности, грудного возраста, дошкольного и школьного возраста, полового созревания (пубертатный). Выделение их способствует оптимальному решению практических задач педиатрии, так как ранний постнатальный онтогенез характеризуется относительно быстрой сменой функцио­нальных показателей различных органов и систем организма. Соответственно меняются требования к характеру питания, гигиениче­скому режиму, а также выносливость по отношению к температурным, физическим, эмоциональным нагрузкам.

Схема периодизации онтогенеза, которой мы будем придерживаться в дальнейшем, вытекает из существа генетических механизмов индивидуального развития, которое рассматривается как процесс реализации наследственной информации, обусловливающий достиже­ние состояния зрелости и участие организма в репродукции. В этой схеме, отражающей общебиологические закономерности, выделяют дорепродуктивный, зрелый (активный репро­дуктивный) и пострепродуктивный пери­оды. Первый из них, начинаясь с момента образования зиготы, огра­ничивается достижением половой зрелости и может быть назван также периодом развития дефинитивного фено­типа, второй - периодом стабильного функ­ционирования органов и систем, третий — пе­риодом старения организма. Одним из главных критериев выделения периодов согласно приводимой схеме является участие организма в репродукции, что создает трудности с установле­нием
точных границ периодов. В частности, у млекопитающих и человека состояние половой зрелости достигается развивающимся организмом нередко раньше, чем он реально получает возможность активно участвовать в размножении. Репродуктивный и пострепро­дуктивный периоды онтогенеза женщины разграничены достаточно отчетливо (менопауза). Стареющий мужчина сохраняет способность к воспроизведению потомства, однако активность его в этом отношении снижается. Соответственно снижается доля участия в формировании состава генофонда следующего поколения. В силу социальной сущности биологический критерий зрелости, используемый в рассматриваемой схеме, в отношении человека дополняется показателями эффективности обучения, трудовой деятельности, творческой активности людей в разные возрастные периоды.

Дорепродуктивный период включает эмбриональное развитие и ранний постнатальный онтогенез, выделяемые согласно первой схеме периодизации. Хотя акт рождения принципиально изменяет характер отношений между организмом и внешней средой, в раннем постнатальном периоде в сравнении с эмбриональным периодом главное направление развития сохраняется. В частности, продолжаются формо­образовательные процессы, рост организма, происходят изменения клеточного состава и межтканевых отношений в различных органах. Однако если в эмбриональном периоде формообразовательные про­цессы доминируют, то в раннем постнатальном онтогенезе происходит смена этих процессов обычными формами жизнедеятельности, характерными для каждого органа во взрослом состоянии.

В последнее время появились основания для выделения в индивиду­альном развитии предзародышевого (предэмб-рионального) периода, который соответствует гаме-тогенезу. Такое выделение обосновывается тем, что в дополне­ние к выработке питательного материала зародыша желтка в оогене-зе синтезируются и сохраняются в цитоплазме ооцитов до начала развития некоторые биологически важные макромолекулы, например информационные РНК, контролирующие ранние стадии эмбриогенеза.

(31) Общая характеристика эмбрионального развития. В онто­генезе различают два периода — эм­бриональный и постэмбриональный. Для высших животных и человека принято деление на пренатальный, или антенатальный (до рождения), и пост-натальный (после рождения). Предло­жено также выделить предзиготный период, предшествующий образованию зиготы.

Предзиготный период развития связан с образованием гамет (гаметоге-нез). Процессы, характеризующие ово­генез, приводят к образованию гапло­идного набора хромосом и формирова­нию сложных структур в цитоплазме. В яйцеклетках происходит накопле­ние желтка. В зависимости от количе­ства желтка и характера его распреде­ления различают яйца трех основных типов: изолецитальные, телолециталь-ные и центролецитальные.

Изолецитальные яйца содержат не­много желтка, и он распределен рав­номерно по всей клетке. Такие яйца встречаются у иглокожих низших хор­довых, млекопитающих. Телолециталь-ныг яйца характерны для моллюсков, земноводных, рептилий, птиц, содер­жат большое количество желтка, со­средоточенного на одном из полюсов — вегетативном. Противоположный по­люс, содержащий ядро и цитоплазму без желтка, называется анимальным. В центролецитальных яйцах желток находится в центре клетки, а цитоплазма расположена на периферии (яйца насекомых). Различное строение яиц связано с приспособлением к условиям развития и закрепилось в процессе эволюции.

У животных, которые в постэмбрио­нальный период проходят стадию личи­нок (иглокожие, насекомые, амфибии), яйца содержат сравнительно немного желтка. Личинки покидают яйцевые оболочки до окончания развития и про­должают его вне яйца. У многих жи­вотных с неличнночным типом онтоге­неза яйца телолешггальные. У живот­ных с внутриутробным типом развития (млекопитающие) яйца бедны желтком, и он распределен в них равномерно.

В предзнготный период развития в яйце накапливаются рибосомальная и информационная РНК, различные уча­стки цитоплазмы приобретают отличия по химическому составу, образуется ряд структур. Многие из них заметны благодаря присутствию различных пиг­ментов. Под клеточной мембраной об­разуется кортикальный слой цитоплаз­мы, содержащий гранулы гликогена. Яйцо приобретает полярность: веге­тативный и анимальный полюса.

Эмбриональный период,или эмбриогенез (гр. етЬгуоп — зародыш), начинается с образования зиготы. Окончание этого периода при разных типах онтогенеза связано с различны­ми моментами развития: при личиноч­ном типе — с выходом из яйцевых оболочек, при неличиночном — с вы­ходом из зародышевых оболочек, при внутриутробном — с моментом рожде­ния.

Эмбриональный периодделится на стадии зиготы, дробления, бластулы, образования зародышевых листков, гисто- и органогенеза. Зародыши мле­копитающих и человека до образова­ния зачатков органов принято назы­вать эмбрионом, а в дальнейшем плодом.

Зигота, образующаяся в резуль­тате слияния женской и мужской га­мет, представляет собой одноклеточную стадию развития многоклеточного ор­ганизма. Участки цитоплазмы яйца, содержащие зерна желтка, митохонд­рии, пигменты, видны на живых объектах, поэтому в зиготе удалось про­следить значительные перемешения ци­топлазмы.

В неоплодотворенных яйцах мор­ского ежа в кортикальной, области равномерно расположены зерна крас­ного пигмента. После оплодотворения они перемещаются и образуют красный пояс ниже экватора, в то время как анимальный и вегетативный полюса обесцвечиваются. Таким образом, со­здаются три зоны цитоплазмы: в ани-малыюй части яйца — непигментиро­ванная, ниже экватора — пигментиро­ванная, на вегетативном полюсе — бесцветная. В дальнейшем из цито-плазматического материала верхней бесцветной зоны формируется экто­дерма, из пигментированной зоны — энтодерма, из нижней — элементы мезодермы.

У ряда видов животных уже в зиготе осуществляется интенсивный синтез белка, матрицей для которого на на­чальных стадиях развития служит и РНК, синтезированная во время овоге­неза, но одновременно синтезируется и новая РНК.

Дробление. Начальный этап развития оплодотворенного яйца (зи­готы) носит название дробления. Ха­рактер дробления обусловлен типом яйцеклетки. В изолецитальном, бедном желтком оплодотворенном яйце лан­цетника, первая борозда дробления в виде щели начинается на анимальном полюсе и постепенно распространяется в продольном меридиональном направ­лении к вегетативному, разделяя яйцо на две клетки — 2 бластомера. Вторая борозда проходит перпендикулярно первой — образуются 4 бластомера. Третья борозда проходит экваториаль­но: возникает 8 бластомеров. В резуль­тате последующих дроблений в мери­диональных и экваториальных плос­костях образуется 16, 32, 64 и т. д. бластомеров. Клетки, расположенные на вегетативном полюсе, несколько крупнее, чем на анимальном.

В результате ряда последователь­ных дроблений формируются группы клеток, тесно прилегающих друг к другу. У некоторых животных такой зародыш напоминает ягоду шелкови­цы или малины. Он получил назва­ние морулы (лат. morum — тутовая ягода).

У млекопитающих желтка в яйцах мало, поэтому дробление полное, но также неравномерное. В различных бластомерах оно идет сразным рит­мом, и можно наблюдать стадии 2, 3, 6, 7, 9, 10 и т. д. бластомеров. Одни из них (светлые) располагаются по периферии, другие (темные) находят­ся в центре. Из светлых клеток обра­зуется окружающий зародыш трофобласт, клетки которого выполняют вспомогательную функцию и непосред­ственно в формировании тела зароды­ша не участвуют. Клетки трофобласта обладают способностью растворять тка­ни, благодаря чему зародыш внедря­ется в стенку матки. Далее клетки тро­фобласта отслаиваются от клеток за­родыша, образуя полый пузырек. По­лость трофобласта заполняется жид­костью, диффундирующей в нее из тканей матки. Зародыш в это время имеет вид узелка, расположенного на внутренней стенке трофобласта. В ре­зультате дальнейшего дробления заро­дыш принимает форму диска, расплас­танного на внутренней поверхности трофобласта.

В процессе дробления увеличивается число бластомеров, однако бластомеры не вырастают до размеров исходной клетки, а с каждым дроблением стано­вятся мельче Эчо объясняется тем. что митотические циклы дробящейся зиготы не имеют типичной интерфазы пресинтетический период (G₁) отсут­ствует, а синтетический (S)
начинает­ся еще в телофазе предшествующего митоза. Во время дробления митозы следуют быстро друг за другом, и к концу периода весь зародыш лишь ненамного крупнее зиготы. В это время бластомеры уже отличаются по харак­теру цитоплазмы и могут разниться по содержанию желтка и размерам, что накладывает отпечаток на их дальней­шее развитие и дифференцировку.

Дробление яйца заканчивается обра­зованием бластулы. Отметим, что в зиготе и бластомерах ядерно-плазмен­ное соотношение нарушено в пользу цитоплазмы. В клетках бластулы ус­танавливается типичное для каждого вида животных ядерно-плазменное со_: отношение. Начиная с бластулы, клет­ки зародыша принято называть не бластомерами, а эмбриональными клет­ками. У ланцетника бластула образу­ется по достижении зародышем 128 клеток. В силу накопления продуктов жизнедеятельности бластомеров меж­ду ними появляется полость (бластоцель, или первичная полость). При полном равномерном дроблении (как у ланцетника) бластула имеет форму пузырька со стенкой в один слой кле­ток, который назван бластодермой. Стадию бластулы проходят зародыши всех типов животных.

Гаструляция. У всех многокле­точных животных следующим за бла­стулой этапом развития является гас-труляция, которая представляет собой сложный процесс перемещения эмбри­онального материала с образованием двух или трех слоев тела зародыша, называемых зародышевыми листками. В процессе гаструляции следует раз­личать два этапа: а) образование экто-и энтодермы (двуслойный зародыш); б) образование мезодермы (трехслой­ный зародыш). У животных с изоле-цитальным типом яиц гаструляция идет путем инвагинации, т. е. впячи-вания. Вегетативный полюс бластулы впячивается внутрь наподобие стенки продырявленного резинового мяча. Про­тивоположные полюса бластодермы поч­ти смыкаются, так что бластоцель ли­бо исчезает полностью, либо остается в виде незначительной полости, а из шара возникает двухслойный зародыш.

Внешний слой клеток носит назва­ние наружного листка, или эктодер­мы (гр. есtos—снаружи, derma—кожа), внутренний слой—внутреннего листка, или энтодермы (гр. еntos—внутри). По­лость называется гастроцелем, или пер­вичной кишкой, а вход в кишку получил наименование бластопора, или первич­ного рта. Края его сближаются, обра­зуя верхнюю и нижнюю губы. У пер-вичноротых (к ним относится большин­ство типов беспозвоночных) бластопор превращается в дефинитивный (оконча­тельный) рот, у вторичноротых (игло­кожие и хордовые) из него формирует­ся анальное отверстие либо он зараста­ет, а рот образуется на противополож­ном конце тела.

Гаструляция происходит не только путем инвагинации. Другими ее спосо­бами являются деляминация (расслое­ние), эпиболия (обрастание) и иммигра­ция (проникновение внутрь).

Образование гаструлы путем имми­грации характерно для кишечнополост­ных. Этот способ заключается в массо­вом активном перемещении клеток блас­тодермы в бластоцель. Эпиболия Встре­чается у животных, имеющих телолецитальные яйца. При этом способе гас­
труляции мелкие клетки анимального полюса обрастают и покрывают снару­жи крупные, богатые желтком клетки вегетативного полюса, которые стано­вятся внутренним слоем. При делями-нации клетки зародыша делятся парал­лельно его поверхности, образуя на­ружный и внутренний зародышевые листки.

Гистогенез и органогенез. Гистогенез — процесс образования тка­ней, органогенез — формирование орга­нов. Диффгренцированный на три эмб­риональных листка зародышевый мате­риал дает начало всем тканям и орга­нам. Из эктодермы развиваются ткани нервной системы, очень рано обособ­ляющиеся. У хордовых она первона­чально имеет форму нервной пластин-кч. Эта пластинка растет интенсивнее остальных участков эктодермы и за­тем прогибается, образуя желобок. Раз­множение клеток продолжается, края желобка смыкаются, возникает нерв­ная трубка, которая тянется вдоль тела от переднего конца к заднему. На переднем конце нервной трубки путем дальнейшего роста и днфферен-цировки формируется головной мозг. Отростки нервных клеток центральных отделов нервной системы образуют периферические нервы. Кроме того, из эктодермы развиваются наружный пок­ров кожи — эпидермис и его производ­ные (ногти, волосы, сальные и пото­вые железы, эмаль зубов, вослринимающие клетки органов зрения, слуха, обоняния и т. п.).

Из энтодермы развивается эпите­лиальная ткань, выстилающая органы дыхательной, частично мочеполовой и пищеварительной систем, в том числе печень и поджелудочную железу.

Миотом дает начало скелетной муску­латуре, нефрогонотом—органам выде­ления и половым железам (гонадам). Клетки, образующие висцеральные и париетальные листки спланхнотома, являются источником эпителиальной выстилки вторичной погости тела — целома. За счет элементов склеротома развиваются хрящевая, костная и соеди­нительная ткани, образующие вокруг хорды осевой скелет. Дерматом дает начало соединительной ткани кожи, а спланхнотом — соединительной ткани внутренних органов, кровеносным сосу­дам, гладкой мускулатуре кишок, дыха­тельных и мочеполовых путей. В обра­зовании сердца принимает участие также висцеральный листок спланхно­тома. Железы внутренней секреции име­ют различное происхождение: одни из них (эпифиз, часть гипофиза) развивают­ся из закладок нервной системы, дру­гие— из эктодермы. Надпочечники и половые железы являются производ­ными мезодермы.

Органогенез завершается в основном к концу эмбрионального периода раз­вития. Однако дифференцировка и ус­ложнение органов продолжаются и в постэмбрионалыюм онтогенезе. Опи­санные процессы связаны не только с активным клеточным размножением первичных эмбриональных закладок, но и с их значительным перемещением, изменением формы тела зародыша, об­разованием отверстий и полостей, а также с формированием ряда временных зародышевых (провизорных) органов.