коллоквиум по биологии. Kollok_4 биология. Коллоквиум Филогенез систем органов. Регенерация. Гомеостаз
 Скачать 122.77 Kb.
|
|
Филогенез иммунной системы. Эволюция живого мира состояла в образовании таких форм жизни, которые активно взаимодействуют с другими живыми организмами. Биологические организмы существуют в биотическом окружении. Они взаимодействуют с другими организмами, в биоценозе существует круговорот. Абиотические факторы менее сильно воздействуют на организм. Эволюция живой материи привела к возникновению динамической системы взаимозависимых организмов, не могут существовать без биотического взаимодействия. Такие взаимодействия проявляются в питании и обмене веществ. Существует тенденция к усложнению связей. Современные многоклеточные организмы во многом утратили возможность синтезировать даже простые органические вещества, но научились добывать их в готовом виде. Это консументы (в том числе человек). Жизнь основана на питании продуктами биосинтеза, создание которых осуществляется продуцентами (зеленые растения). Жизнь консументов напрямую зависит от биологической продуктивности растений и от развитости растениеводства. Растениеводство- источник пищи и сырья для промышленности (в том числе фармацевтической промышленности). 40% лекарственных средств в мировой фармацевтической промышленности растительного происхождения, снижение продуктивности растений приводит к голоданию, недоеданию, ухудшению качества жизни, снижению производства и уровня общественного здоровья. Важнейший фактор, понижающий урожайность растений – микроорганизмы, грибы, бактерии. Они приспособлены к паразитизму на разных растениях, животных и человеке. Пандемия гриппа – «испанки» унесла жизни 20 млн. человек. Жертвы микробного паразитизма - все живые организмы, в том числе и сами микробы. Почему земле до сих пор не населена одними микроорганизмами? Почему жестокий антагонизм между живыми существами не привел к гибели живой материи еще на заре эволюции? Почему эволюция не остановилась? Ответы на эти и многие другие вопросы дает иммунология. Иммунитет – невосприимчивость, устойчивость, резистентность, толерантность – способность организма противостоять агрессии со стороны других биологических видов. 1902 г. Мечников и Зильбер основали учение об иммунитете. «Иммунитет – это совокупность всех наследственных полученных и индивидуально приобретенных организмом свойств, которые препятствуют проникновению и размножению микроорганизмов, вирусов и других патогенных объектов и действию выделяемых ими продуктов». Наследственный иммунитет – свойства невосприимчивости, полученные от предков. Он определяется генотипом. Индивидуальный иммунитет - приобретенный иммунитет, который вырабатывается на протяжении жизни организма. Выделяют следующие группы факторов иммунитета: - фагоцитарные; - конституциональные; - лимфоидные. Лимфоидные факторы – наследственная способность организмов создавать иммунитет. Конституциональные – имеют общебиологическое значение. Они присутствуют у всех организмов независимо от таксономического положения. У беспозвоночных и позвоночных существует система фагоцитоза. У растений и простейших подобная система отсутствует. Растения защищены только наследственными свойствами. Грибы и вирусы тоже не защищены. Только у позвоночных существует приобретенная невосприимчивость благодаря наличию лимфоидной системы. При этом защитные функции лимфатической системы осуществляются специфической активностью антител и иммуноглобулинов. Антигены – любые вещества, удовлетворяющие требованиям: - индицируют образование соответствующих антител при введении в организм; - вступают в реакцию с молекулой комплементарного иммуноглобулина. Наибольшей антигенной активностью обладают белки, меньшей – полисахариды и нуклеиновые кислоты. Существует большое количество антител. Антитела вырабатываются комплексом органов: - вилочковая железа; - селезенка; - кровь; - пейеровы бляшки тонкого кишечника; - костный мозг; - сумка Фабрициуса (у птиц). Изучение иммунитета производится на растениях. Восприимчивость генетически детерминирована (доминантные и рецессивные признаки). Более 50 лет изучается иммунитет иммуногенетикой. Онтофилогенетическая обусловленность пороков развития. Биогенетический закон. Преобразование онтогенезов. Пороки развития. Эволюционные преобразования связаны не только с образованием и вымиранием видов, но и преобразованием онтогенеза. Онтогенез – феномен, без которого эволюция была бы невозможна или остановилась на предживом уровне. На основе перестроек онтогенеза происходят любые филогенетические преобразования. Геккель, Мюллер: « Онтогения есть краткое повторение филогении» - биогенетический закон. Из него вытекают 2 правила. правило рекапитуляции – учение о повторении в развитии ныне живущих организмов строения их предков. Правило ценогенеза- учения о нарушениях развития, мешающих повторению развития. Ученые сравнивали развитие позвоночных и беспозвоночных, зародышей высших и низших животных. Сравнивали стадии развития яйца. Период до и непосредственно после оплодотворения соответствует одноклеточному организму. Дробление – это превращение одноклеточного организма в многоклеточный. Стадия бластулы сравнима с первичным многоклеточным организмом, гаструла сравнима с кишечнополостным организмом. Зародыши высших позвоночных (в том числе и человека) повторяют признаки низших животных, от которых произошли. Например, зачатки жаберных щелей у человека быстро зарастают, роль органов дыхания за ними никогда не сохраняется. Появление жабр говорит о сохранении признаков далекой рыбоподобной формы – предшественника. Плавательные перепонки, хватательный рефлекс в раннем периоде дифференцировки рук, сосательный рефлекс. Явление повторения в развитии высших форм признаков предков, живших в прошлом и имевших более простое строение – рекапитуляция. Отношение к теории менялось. Теория Геккеля не может претендовать на роль всеобщего биологического правила, т.к. филогенетические изменения иногда происходят путем добавления новых терминальных, конечных стадий, причем время онтогенеза сохраняется. Закон рекапитуляции справедлив, когда эволюционные изменения связаны с терминальными стадиями. Параллельно с этими учеными Карл Бэр тоже обратил внимание на параллельность процессов филогенеза и онтогенеза. 1828 год – «Закон зародышевого сходства».К.Бэр истолковал это явление совсем иначе: « сходство между зародышами разных групп больше, чем между взрослыми особями этих групп». Зародыш проходит ряд стадий, отражающих план тех разнообразных групп, к которым он принадлежит. Причем в определенном порядке от более общих к более подчиненным группам. Общие признаки появляются раньше, чем специальные признаки. Видоспецифические признаки проявляются позднее, чем признаки класса, типа и т.д. Концепция содержит элементы рекапитуляции, но более общебиологическая. Получила большее признание, чем теория Геккеля и Мюллера. В преобразовании онтогенеза принимают участие разные процессы. - эмбриональные адаптации; - филэмбриогенезы; - автономность онтогенеза. Эмбриональные адаптации. Онтогенез состоит из ряда определенных стадий, каждая из которых протекает в определенной среде. Все стадии проходят под генетическим контролем и под действием естественного отбора. Последовательные стадии между собой связаны, все вместе они составляют онтогенез. В ходе онтогенеза формируются определенные признаки, которые используются в детском возрасте, затем исчезают – ценогенетические признаки. Ценогенезы – приспособительные изменения зародыша/личинки к специфическим условиям зародышевого, личиночного развития. Например, качественные изменения у человека – амнион, аллантоис, хорион, желточный мешок, плацента. Это провизорные органы, выполняющие разные функции, со временем эти функции начинают выполняться другими органами и системами. Внезародышевые органы не принимают участия в формировании тела зародыша, но без них его развитие было бы невозможно. Филэмбриогенезы. Филэмбриогенез – такой способ эволюции онтогенеза, который состоит в изменении процессов морфогенеза, связанных с адаптацией взрослых организмов. Ученее о филэмбриогенезах было разработано Северцовым в 1910 году. Основное положение – первичность онтогенетических изменений по отношению к филогенетическим. Путем филэмбриогенеза происходят преобразования и взрослых, и промежуточных, и начальных стадий. В зависимости от стадий выявлены типы филэмбриогенеза: - архаллаксис; - девиация; - анаболия. Посредством филэмбриогенезов происходит и усложнение, и упрощение строения и функций (например, паразитизм – более упрощенное строение, соответствующее условиям среды). Архаллаксисы – изменения, происходящие на ранних стадиях эмбрионального развития. Выражаются в изменении дифференцировки эмбриональных зачатков, изменении массы зачатков, сдвиге места и времени закладки органов (гетеротопии и гетерохронии), изменении начального развития зачатков. Считается, что архаллаксисы происходят на ранних этапах. Отделение половых клеток от соматических произошло в колониальных организмах путем архаллаксиса. Другой пример – у растений – изменение строения, мутовок, увеличивается количество симметричных органов; появление волосяного покрова у млекопитающих. Рекапитуляции проявляются только при закладке органов, потом зародыши идут в развитии по другому пути. Изменения приводят к крупным преобразованиям онтогенеза и являются основным источником прогрессивного развития природы и эволюции взрослых организмов. Девиация (от латинского – «отклонение») – изменение развития признаков в результате резкого отклонения от первоначального направления на средних этапах эмбриогенеза. Например, формирование роговых чешуек у рептилий. Вначале развитие в точности повторяет развитие плакоидной чешуи рыб, но потом происходит отклонение. Однодольный зародыш растения появился в результате замещения двух боковых точек роста одной верхушечной. Точно также – возникновение среднего уха, появление сложных коренных зубов млекопитающих. Рекапитулирует значительная часть признаков предковых форм. На основе девиации происходят существенные эволюционные изменения. Анаболия (от греческого – «подъем») – добавление, надставка новых стадий развития в конце морфогенеза какого-либо органа. Например, эволюция почки. Сначала формируется предпочка, далее – первичная почка, вторичная почка. При эволюции путем анаболии более ранние стадии не изменяются, а предшествующая стадия новой стадии рекапитулирует. Процесс морфогенеза довольно устойчив. Всяческое изменение приводит к снижению жизнеспособности. Анаболии возникают чаще архаллаксиса и девиаций. С генетической точки зрения, все 3 способа эволюции онтогенеза объясняются объемом наследственной информации Автономность онтогенеза – независимость онтогенеза от колебаний внешней среды и генофонда. Между генами и окончательным фенотипом проходит весь онтогенез. Онтогенез – среда, устойчивая к любым помехам. Появляющиеся новые мутации чаще всего убираются, они могут изменить скорость биохимических реакций, количество производимого продукта, но фенотип не изменится. Изменение обмена веществ, фенотипа приводит к гибели клеток и вымиранию видов. Онтофилогенетическая обусловленность пороков развития. Любой процесс, происходящий в организме, имеет свой материальный субстрат, определяется нормой реакции и регулируется гомеостазом. Материальный субстрат гомеостаза – все видовые особенности (возраст, генотип, фенотип). В ходе исторического развития постепенно совершенствовались приспособительные ответы организма на все внешние раздражители. Эта закономерность повторяется при развитии зародыша. С момента образования зиготы могут возникать нарушения обмена веществ. Они могут приводить к дистрофическим изменениям, некрозу и гибели самого зародыша. С развитием генотипа появляются более сложные ответные реакции - расстройство кровообращения, иммунологические, воспалительные процессы и т.д. Патологические процессы пренатального развития – отклонения развития от момента образования зиготы до родов. В клинике эмбриогенез делят на 4 периода: - прогенез - бластогенез - гаметогенез - фетогенез Для каждого этапа характерны специфические виды патологий. Аплазия (агенезия) – полное врожденное отсутствие органа или его части. Гипоплазия – врожденное недоразвитие органа. Гипотрофия – уменьшение массы органа или плода в целом. Гипертрофия – увеличение массы органа или зародыша. Гиперплазия – врожденное увеличение размеров органа. Макросомия, гигантизм – увеличение длины и массы тела. Гетеротопия – наличие клеток, тканей, участков и целых органов в нехарактерных местах. Гетероплазия – нарушение дифференцировки отдельных типов тканей. Эктопия – смещение органа. Атрезия – отсутствие канала или отверстия. Персистирование – сохранение эмбриональных структур, в норме исчезающих. Стеноз – сужение канала или отверстия. Гаметопатия – все виды поражения гамет, возникающие при ово - и сперматогенезе, обусловлены мутациями. Бластопатии – нарушения, связанные с поражением бластоцисты, т.е. зародыша 15 дней после оплодотворения. Результаты бластопатий: пустые зародышевые мешки; гипоплазия, аплазия внезародышевых органов (амниона, амниотической ножки и желточного мешка); внематочная беременность (имплантация зиготы в роге и возле внутреннего зева матки) или нарушение глубины имплантации; нарушение ориентации эмбриобласта; двойниковые пороки; сиреномелия (веретенообразное тело, ласты – см. рисунок); циклопия; мозаицизм. Эмбриопатия– все виды патологий эмбриона (16-75 дни онтогенеза), возникающие под действием повреждающих факторов (алкогольных, диабетических, медикаментозных). Результаты эмбриопатий: - очаговые или диффузные изменения и нарушения формирования органов, которые заканчиваются или гибелью эмбриона или врожденными пороками развития. Фенопатии– повреждения плода (76-280 дни). Достаточно редко происходят. Результаты фенопатий: крипторхизм – сохранение первоначального расположения органа; гипертрофия, гиперплазия элементов мезенхимы; пренатальная гипоплазия органов; множественные очаги воспаления в паренхиматозных органах; персистирование. Самые частые пороки – пороки сердца и сосудов. 6-10 случаев на 1000 новорожденных. Пороки сердечно-сосудистой системы имели 27% детей, погибших до года. Пороки сердечно-сосудистой системы составляют ¼ всех пороков развития. У некоторых пороков сердца существует половая дифференциация. Стеноз и транспозиция крупных сосудов характерны для мальчиков. Дефект межпредсердной перегородки и открытый грудной проток встречаются чаще у девочек. У 2-х недельного эмбриона сердце - однокамерная трубка в передненижней части тела, в нее открывается венозный синус, выходит артериальный конус. На 3 неделе происходит закладка первичной перегородки предсердий, разделение общего желудочка – на 8 неделе. В то же время создаются клапаны сердца и крупных сосудов. Начало 9 недели характеризуется сформированностью всех основных структур сердечно-сосудистой системы. Это время – терминальный тератогенный период. В 1,5 раза чаще встречаются у девочек пороки малого круга кровообращения – 70%. Сложные пороки составляют 20% и являются результатом токсикоза первой половины беременности, попыток прерывания беременности, вирусных заболеваний. Наиболее часто среди сложных пороков проявляется эктопия сердца. Иногда сердце находится вне грудной полости, более часто – правостороннее расположение дуги аорты или двустороннее расположение дуги аорты. Другие нарушения – открытый артериальный проток, трехкамерное сердце (при общем желудочке или предсердии). Может наблюдаться аортопульмональный свищ – сохранение связи между аортой и легочной артерией, 25-30 мм диаметр отверстия. Пороки дыхательной системы. Раньше полагали, что такие пороки встречаются редко, сейчас же их выявляется много. Пороки легких составляют около 70%. По данным центрам тератологии (Минск) около 7% всех пороков развития составляют пороки дыхательной системы. Гортань и трахея формируются из передней верхней стенки энтодермальной трубки. На 4 неделе происходит разделение на 2 цилиндра. Передний служит для образования гортани и трахеи, задний формирует пищевод. Легкие формируются на протяжении всей внутриутробной жизни зародыша. К 4 месяцу заканчивается ветвление развитие бронхов – терминальный тератогенный период для бронхов. Пороки гортани – аплазия, гиперплазия, нарушение срастания щитовидного хряща и надгортанника. Могут встречаться врожденные диафрагмальные грыжи, перемещение органов из брюшной полости в грудную из-за нарушения целостности диафрагмы или через пищеводное отверстие. Пороки развития органов пищеварения. 3-4 случая на 100 пренатальных вскрытий. Составляют 22% всех пороков. Это в основном нарушения развития производных кишечника, нарушения изгибов, кровоснабжения ЖКТ или иннервации. Часто пороки развития внутренних органов корригируют с пороками лица или шеи. |