биология. EKZAMEN_BIO (Восстановлен). Краткий обзор 1) единство химического состава, 2) обмен веществ, 3) самовоспроизведение (репродукция), 4) наследственность
 Скачать 1.8 Mb.
|
|
ГАПЛОГРУППЫ. Нужно оговориться, что повторные мутации в той же позиции изредка все-таки случаются. Поэтому отдельно взятая мутация в мтДНК может и не быть свидетельством общего происхождения, а произойти независимо. Надежное определение родства молекул мтДНК проводится по наличию не одной, а нескольких общих мутаций (как в кодирующей, так и в некодируюшей частях мтДНК). Сочетание мутаций однозначно определяет гаплогруппу - т. е. совокупность («линию») митохондриальных ДНК, имеющих общую предковую форму. Однако индивидуумы, молекулы митохондриальной ДНК которых относятся к одной и той же гаплогруппе (т. е. имеющих одинаковые нуклеотиды в позициях, «диагностирующих» гаплогруппу) могут различаться по другим участкам, в частности, гипервариабельным сегментам. ГАПЛОТИПЫ. Два таких участка (гипервариабельный сегмент 1 и гипервариабельный сегмент 2 - ГВС1 и ГВС2) представляют оставшуюся часть митохондриальной ДНК. Эта часть мтДНК не кодирует белки, в отличие от основной «кодирующей части». Каждый из этих сегментов состоит примерно из 400 нуклеотидов. Если при изучении кодирующей части обычно проверяются выборочно только несколько нуклеотидов1, характерных для той или иной гаплогруппы, то при анализе ГВС1 проводится прямое «секвенирование» - определяется, какой именно нуклеотид расположен в каждой из 400 позиций этого сегмента. Иными словами, анализируются не несколько, а все 400 ДНК маркёров ГВС1. Данные поГВС1 позволяют выделить не несколько гаплогрупп, а огромное множество вариантов мтДНК (гаплотипов). То есть каждую гаплогруппу можно подразделить на субгаплогруппы, а их - на целый ряд гаплотипов. Это многократно повышает разрешающую возможность анализа, в том числе определения возраста гаплогрупп. Скорость накопления мутаций в некодирующих участках намного выше, чем в кодирующей части (поэтому они и называются гипервариабельными), - здесь одни и те же мутации часто возникают независимо, многократно. Поэтому точная классификация типов митохондриальной ДНК (гаплотипов) производится в два этапа: сначала для данной линии определяется принадлежность к той или иной гаплогруппе (на основании изучения кодирующей части), а затем точное систематическое положение внутри гаплогруппы (по ГВС1). Обычно кодирующую часть «смотрят» лишь на несколько ключевых мутаций, а для определения субгаплогруппы и гаплотипа привлекаются данные поГВС1. Вопрос 152. Значение «бутылочного горлышка» популяционных волн в происхождении современного человека. Митохондриальная «Ева». Эффект бутылочного горлышка сыграл, по-видимому, очень значительную роль в эволюции популяций человека. Предки современных людей в течение десятков тысяч лет расселялись по всему миру. На этом пути, множество популяций полностью вымирало. Даже те, которые уцелели, часто оказывались на грани вымирания. Их численность падала до критического уровня. Во время прохождения через «бутылочное горлышко» численности частоты аллелей менялись по-разному в разных популяциях. Определенные аллели утрачивались полностью в одних популяциях и фиксировались в других. После восстановления численности популяций их измененная генетическая структура воспроизводилась из поколения в поколение. Эти процессы, по-видимому, и обусловили, то мозаичное распределение некоторых аллелей, которое мы сегодня наблюдаем в локальных популяциях человека. Ниже представлено распределение аллеля В по системе групп крови АВ0 у людей. Значительные отличия современных популяций друг от друга могут отражать последствия дрейфа генов, который происходил в доисторические времена в моменты прохождения предковых популяций через «бутылочное горлышко» численности. Митохондриальная Ева — имя, данное в популярной культуре женщине, жившей в Африке около 200 000 лет назад, от которой современное человечество унаследовало митохондриальную ДНК(оригинальный термин, предложенный первооткрывателем Алланом Вильсоном — Lucky Mother — Удачливая Мама). Эта женщина стала единственной, чьи потомки по женской линии дожили до наших дней. Параллельно с ней жили и другие женщины, но их митохондриальные ДНК до нашего времени не сохранились. От них нам могли достаться другие участки ядерной ДНК. Поскольку митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии, у всех ныне живущих людей такая ДНК была получена от «Евы». Аналогично, ДНК мужской Y‑хромосомы у всех людей мужского пола должна происходить от «молекулярно-биологического Адама». Митохондрии — это внутриклеточные органеллы, имеющие небольшую собственную хромосому. В отличие от ядерной ДНК, которая содержит подавляющее большинство генов и в процессе полового размножения подвергается рекомбинации, так что потомки получают половину генов от отца, а вторую половину — от матери; митохондрии и их ДНК ребёнок получает только из материнской яйцеклетки. Поскольку митохондриальная ДНК не подвергается рекомбинации, изменения в ней могут происходить исключительно посредством редких случайных мутаций. Путём сравнения последовательности митохондриальной ДНК и возникших в ней со временем мутаций можно не только определить степень родства ныне живущих людей, но и приблизительно вычислить время, необходимое для накопления мутаций в той или иной популяции людей[2][3]. Таким образом можно вычислить и эпоху, в которой мутаций ещё не было, и предковая популяция людей была генетически однородной. В 1987 году Ребекка Канн (англ. Rebecca Cann) с коллегами предположили, что митохондриальная Ева могла жить между 140 тыс. и 280 тыс. лет назад. Согласно более поздним расчётам, митохондриальная Ева жила около 140 тыс. лет назад в Восточной Африке[4][5]. Современные МП- и МЭ‑оценки обычно дают диапазон возраста Евы 230—140 тыс. лет с максимумом вероятности на значениях порядка 200—180 тыс. лет[6]. Последняя датировка стала общепризнанной оценкой. Тем не менее, в августе 2013 года появились новые данные о том, что Ева жила 148—99 тысяч лет назад (с максимальной вероятностью — 124 тысячи лет назад)[7]. Хотя митохондриальная Ева названа в честь библейской, её не следует отождествлять с библейским персонажем или считать, что все люди являются потомками только одной женщины. Митохондриальная Ева — научная абстракция, созданная для упрощения расчётов. На самом деле речь идёт об относительно однородной генетической популяции, среди потомков которой большинство ныне живущих людей получило митохондриальную ДНК от одной[8] женщины, в то время как потомки других женщин по прямой женской линии той же предковой популяции не дожили до наших дней. Если у женщины нет ни одной дочери, то её митохондриальная ДНК не будет передана потомкам далее её собственного сына, хотя половину других генов унаследуют сыновья и их потомство[9]. Вопрос 153. Гаплотипы и гаплогруппы по митохондриальной У-хромосоме Гаплотип — совокупность аллелей на локусах одной хромосомы, обычно наследуемых вместе. Гаплотип может быть как у одного локуса, так и у целого генома.Определение гаплотипа важно в нескольких отношениях. Оно дает информацию о числе независимо возникших мутаций. Например: серпавидноклеточная анемия. Кроме того, гаплотип отчасти определяет тяжесть болезней. Гаплогруппа — группа схожих гаплотипов, имеющих общего предка, у которого в обоих гаплотипах имела место одна и та же мутация — однонуклеотидный полиморфизм. Y-хромосомные гаплогруппы - это статистические маркеры, позволяющие понять происхождение человеческих популяций. Y-хромосомная гаплогруппа определяет совокупность мужчин, объединенных наличием такого маркера, т.е. происходящих от общего предка-патриарха, у которого много тысяч лет назад случилась специфическая мутация Y-хромосомы. Вопрос 154. Молекулярные маркёры, которые используются для изучения происхождения и эволюции человека. Вопрос 155. Первичная эмбриональная индукция. Индукция - воздействие одних частей зародыша на другие в органогенезе. Рассмотрим результаты опытов по пересадке клеток ранней гаструлы (см. " Прогрессивная детерминация клеток в течение гаструляции "). Почему клетки, которым было "на роду написано" стать нервными, после пересадки на брюшную сторону давали покровы? Видимо, они как-то "чувствовали", что находятся не в том месте, где обычно. Можно предполагать, что клетки могут узнавать свое положение относительно целого организма. Можно также думать, что соседние клетки как-то влияют на ход развития пересаженных клеток. Этот опыт, как и другие явления регуляции, наталкивает на мысль о важной роли взаимодействий между частями зародыша. Кроме опытов по пересадке клеток, Шпеман научился искусственно изменять плоскость первого деления дробления . В норме она проходит через середину " серого серпа ", и эта часть цитоплазмы достается обоим бластомерам , из которых развиваются по два нормальных зародыша. В опытах плоскость проходила так, что только один бластомер получал материал "серого серпа" ( рис. 158 ). Из этого бластомера после изоляции развивался нормальный головастик. А из второго бластомера получался шарик из недифференцированных клеток без зачатков нервной системы, хорды и сомитов (Шпеман назвал таких зародышей "кусок живота"). Отсюда следовал вывод, что материал "серого серпа" необходим для нормального органогенеза. Известно, что на месте "серого серпа" образуется спинная губа бластопора ; материал "серого серпа" попадает в основном в клетки хордомезодермы . У Шпемана возникло предположение, что эти клетки как-то обеспечивают нормальное развитие нервной системы и других органов. Для проверки этой гипотезы Шпеман и его ученица X.Мангольд в 1924 г. проделали опыт, который впоследствии стал наиболее знаменитым из их опытов. На стадии ранней гаструлы они пересаживали хордомезодерму (спинную губу бластопора) от одного вида тритона на брюшную сторону такой же гаструлы другого вида тритона (напомним, что клетки этих двух видов различались по цвету, что позволяло следить за ними по ходу развития). Результат разительно отличался от результатов других пересадок. Пересаженная ткань не меняла своей судьбы в соответствии с новым положением (не становилась покровами брюха). Напротив, она вела себя так, как будто находится на старом месте: образовывала впячивание (второй бластопор) и мигрировала под наружный слой клеток. Из нее, как и в норме, впоследствии формировались хорда и мезодерма . А вот из эктодермы над местом пересадки формировались не покровы (как в норме), а дополнительная нервная система ( рис. 159 ). Иногда на месте пересадки возникал целый дополнительный зародыш, как сиамский близнец, сросшийся с основным. Итак, пересаженная ткань (хордомезодерма) индуцировала, т.е. вызывала развитие нервной трубки из эктодермы. Это явление было названо первичной эмбриональной индукцией. Клетки ткани-индуктора (хордомезодермы) как бы выдают инструкции клеткам эктодермы, направляют их развитие по пути нервных клеток. Со времени открытия и до настоящего момента первичная эмбриональная индукция интенсивно изучается. Было показано, что для индукции не обязателен прямой контакт клеток: если между хордомезодермой и эктодермой поместить фильтр с очень тонкими порами, через которые клеточные выросты не проникают, то индукция все-таки происходит (хотя и в меньшем проценте случаев). Это говорит о том, что индукция, вероятно, вызывается воздействием какого-то растворимого и диффундирующего в межклеточном пространстве вещества. Однако попытки выделить его в чистом виде пока не удались. Оказалось, что передняя часть хордомезодермы индуцирует в основном головной мозг, а более задняя - спинной мозг (говорят, что индукция имеет региональную специфичность). В дальнейшем выяснилось, что некоторые чужеродные ткани (например, клетки печени млекопитающих) вызывают только образование передних структур нервной трубки, а другие ткани (костный мозг) - только задних. Видимо, на развитие нервной трубки влияют как минимум два разных вещества, одно из которых вызывает дифференцировку переднего мозга, другое - задней части нервной трубки, а при совместном действии - средних ее частей. Это, казалось бы, противоречит другим опытам, в которых индуцировали развитие нервной трубки различные неспецифические воздействия - влияние чужеродных белков лектинов, форболовых эфиров и др. Возможно, вещества- индукторы содержатся в самих клетках эктодермы, но при разнообразных воздействиях высвобождаются и действуют на соседние клетки, вызывая их превращение в нервные. Несмотря на то, что открытая Шпеманом индукция до сих пор носит название "первичной", оказалось, что это не первое по времени индукционное взаимодействие у зародыша амфибий. Если зародыш на стадии бластулы облучить ультрафиолетовым светом определенной длины волны, то он теряет способность к образованию хорды и нервной трубки и превращается в "кусок живота". На рис. 160 показаны результаты опытов по пересадке дорсальных краевых клеток вегетативного полушария от нормальных зародышей на стадии 32 бластомеров таким же зародышам, облученным ультрафиолетом. Без пересадки у облученных зародышей не происходит гаструляции и из них формируются лишь "куски живота". Пересаженные краевые клетки индуцируют развитие мезодермы, а она индуцирует развитие осевых структур, и в итоге развивается нормальный головастик. Можно думать, что вегетативные (будущие энтодермальные) клетки индуцируют образование спинной губы бластопора - клеток хордомезодермы. Это предположение было подтверждено опытами, в которых у зародыша удаляли всю экваториальную область, в норме дающую мезодерму, в том числе мышцы. Если оставшиеся анимальные и вегетативные клетки культивировали по отдельности, у них не наблюдалось никаких признаков мышечных клеток. Но если их объединяли, то оказавшиеся в зоне контакта клетки начинали синтезировать актин - белок, в больших количествах присутствующий в мышцах. В настоящее время установлено, что разные клетки вегетативного полушария индуцируют образование хордомезодермы и брюшной мезодермы ( рис. 161 ). Индукторами в данном случае служат белки, относящиеся к группе факторов роста. Во взрослом организме они участвуют в регуляции размножения клеток. Кодирующие эти белки иРНК в ооцитах лягушки обнаруживаются только в вегетативном полушарии. Вопрос 156. Этапы нейруляции. Производные нервной трубки и нервного гребня. Нейруляция, первичная эмбриональная индукция, нервная пластинка, нервный гребень, нервная трубка. Нейруляция — процесс закладки нервной системы и осевых структур. Нейруляция начинается с 16 суток развития (первые признаки формирования нервной пластинки) и в основном завершается к 22–23 суткам Стадии нейруляции — индукция (первичная эмбриональная индукция) нервной пластинки - приподнимание краёв нервной пластинки и образование нервного желобка - появление нервных валиков - формирование нервного гребня и начало выселения из него клеток - смыкание нервных валиков с образованием нервной трубки - срастание эктодермы над нервной трубкой. Некоторые структуры нервной ткани развиваются из нейрогенных плакод. Производными нервной трубки являются нейроны и глия органов центральной нервной системы (ЦНС) - головного и спинного мозга, а также ряд структур периферической нервной системы (ПНС). Производными нервного гребня являются нейроны и глия вегетативных ганглиев и ганглиев некоторых черепномозговых нервов, клетки мозгового вещества надпочечников, диффузной эндокринной системы, паутинной и мягкой мозговой оболочек, пигментные клетки (меланоциты). В краниальной части он служит также источником эктомезенхимы, которая дает начало части скелетных и волокнистых соединительных тканей области головы и шеи, аорты и сердца. Вопрос 157. Морфоген. Морфогенетическое поле. Морфогенез. Морфоген – паракринный* химический фактор, вырабатываемый в ходе морфогенеза клетками-источниками и действующий на соседние клетки-мишени, влияющий на направление их дифференцировки; активируют или подавляют работу генов в клетках-мишенях. Несет позиционную информацию. *Паракринный- данный термин применяется для описания гормонов, которые секретируются эндокринными железами и влияют на функцию расположенных вблизи от них клеток. Морфогенетическое поле – область в пределах которой эффективно действуют сигналы позиционной информации. Морфогенез- процессы формирования внешней и внутренней конфигурации зародыша Процесс морфогенеза контролирует организованное пространственное распределение клеток во время эмбрионального развития организма. Вещества, оказывающие влияние на морфогенез, называют морфогенами. Морфогены — функциональное, а не химическое понятие, так что простые химические вещества, такие как ретиноевая кислота может также выступать морфогеном. Важный класс морфогенов — факторы транскрипции, определяющие судьбу клетки путём взаимодействия с ДНК. Факторы транскрипции катализируют транскрипцию определенных генов, участвующих в клеточной дифференцировке, а также генов других факторов транскрипции. Таким образом, происходит регуляция экспрессии генов по каскадному принципу. Другой класс морфогенов — вещества, контролирующие межклеточные контакты, в том числе агрегацию клеток. Например, во время гаструляции некоторые клетки зародыша утрачивают межклеточные контакты, становятся способными к миграции, занимают новое положение в эмбрионе, где они могут снова образовать межклеточные контакты и сформировать ткани и органы. |