биология коллок 3. Особенности сперматогенеза в растительных и животных организмах. 1
 Скачать 230.75 Kb.
|
|
Особенности сперматогенеза в растительных и животных организмах. 1)Стадия формирования выделяется только в сперматогенезе. Стадия размножения сперматогенеза осуществляется в половой железе – в семеннике, начиная с момента достижения мужскими особями половой зрелости. Образование функционально зрелых сперматозоидов в семенниках происходит на протяжении всей взрослой жизни мужчины, но интенсивность процесса может снижать после 50 лет. На стадии размножения клетки-предшественницы гамет называются сперматогониями. Эти клетки осуществляют серию последовательных митотических делений, что приводит к существенному росту их количества. Клетки характеризуются диплоидностью – 2n2c. По заверению постсинтетического периода интерфазы – 2n4c. По завершении митоза снова 2n2c. Среди сперматогоний выделяют клетки двух типов: светлые(активно размноаются, поставляя клеточный материал для образования зрелых сперматозоидов) и темные(неделящиеся или покоящиеся – рассматривают как стволовые). Далее идёт стадия роста и половые клетки называются сперматоциты 1 порядка. Основное события стадия созревания – мейоз, способ образования половых клеток, который состоит из двух последовательных делений. Вступая в первое деление, клетки имеют набор 2n4c, а по окончанию n2c. Итогом второго деления становится образование 4 сперматид с набором nc. И наконец стадия формирования. Появляется жгутик, хроматин уплотняется, образуется акосома. 2) Мужским половым органом цветкового растения является пыльник, расположенный в тычинке цветка. В гнездах молодого пыльника имеются особые диплоидные клетки – микроспороциты, или материнские клетки микроспор (спорогенные клетки). Они соответствуют сперматогониям животных. Каждый микроспороцит претерпевает мейоз и образует четыре гаплоидные микроспоры. Микроспоры митотически делятся и образуют пыльцевые зерна, которые являются мужским гаметофитом. Сначала пыльцевое зерно включает две клетки – маленькую генеративную и большую вегетативную (впоследствии вырастающую в пыльцевую трубку). Затем генеративная клетка митотически делится еще раз и образует два спермия. В дальнейшем при оплодотворении спермии одного пыльцевого зерна будут сливаться с разными клетками женского организма – один с гаметой (с образованием зиготы), а другой – с диплоидной центральной клеткой зародышевого мешка (с образованием триплоидного эндосперма). Особенности овогенеза в растительных и животных организмах. Размножение овогоний происходит в яичнике, главным образом в эмбриогенезе. Наиболее интенсивно у людей этот процесс протекает между 3-м и 7-м месяцами внутриутробного развития, а завершается на 3-м году жизни. Стадия роста более сложна, отчасти в связи с накоплением в цитоплазме яйцеклетки питательного материла желтка. Стадия созревания растянута во времени и завершается в том случае, если происходит оплодотворение. На стадии размножения клетки-предшественницы гамет называются овогониями. Эти клетки осуществляют серию последовательных митотических делений, что приводит к существенному росту их количества. Клетки характеризуются диплоидностью – 2n2c. По заверению постсинтетического периода интерфазы – 2n4c. По завершении митоза снова 2n2c. Далее идёт стадия роста и половые клетки называются овоциты 1 порядка. При этом они крупнее, чем сперматоциты 1 порядка. Большой вклад в рост размеров вносит накопление в их цитоплазме питательного вещества – желтка. Стадию роста делят на два периода: А) Превителлогенез. До образования и накопления желтка. Характеризуется относительно незначительным и пропорциональным увеличением объёмов ядра и цитоплазмы без изменения значений ядерно-цитоплазматического отношения. Б) Вителлогенез. Образование и накопление желтка. Объёмное увеличение цитоплазмы в связи появления в ней питательного вещества – желтка, который представляет собой сложное вещество белково-липидно-углеводной природы. У человека стадия роста яйцеклеток может составлять около 30 лет. Основное события стадия созревания – мейоз, способ образования половых клеток, который состоит из двух последовательных делений. Вступая в первое деление, клетки имеют набор 2n4c, а по окончанию n2c. В результате образуется одна функционально полная яйцеклетка и 3 редукционных тельца, которые гибнут. 2) Образование женских половых клеток у растений называется мегагаметогенезом. Этот процесс происходит в завязи пестика, предшествующий процесс – мегаспорогенез, вследствие которого из мегаспоры материнской клетки путём двух последовательных мейотических делений образуется четыре мегаспоры. Одна из этих мегаспор три раза делится митозом, при этом получается зародышевый мешок с восемью ядрами, называющийся женским гаметофитом. После, цитоплазмы дочерних клеток обособляются, и одна из образовавшихся клеток становится яйцеклеткой, по бокам которой расположены синергиды, на противоположном конце зародышевого мешка образуются три антипода, в центре же формируется диплоидная центральная клетка, возникшая в результате слияния двух гаплоидных ядер. Индивидуальное развитие реализация наследственной информации в онтогенезе. Жизненный цикл организмов как отражение их эволюции. Онтогенез – полный цикл индивидуального развития каждой особи, в основе которого лежит реализация наследственной информации на всех стадиях существования в определенных условиях внешней среды; начинается образованием зиготы и заканчивается смертью. Из двух изолированных бластомеров может развиваться полноценный организм. На этой стадии они тотипотентны (равнонаследственны). При дальнейшем развитии зародышевые клетки на стадии бластулы начинают терять тотипотентность. Начинается дифференцировка (формирование разнообразных структур и частей тела из относительно однородного материала зародыша). Но не смотря на потерю тотипотентности и дифференцировку, клетки полностью сохраняют генетическую информацию. Любая соматическая клетка представляет собой интегрированную часть в организме, выполняет узкоспециализированные функции, но в то же время несет в себе генотип целого организма. Цитоплазматические факторы белковой природы в ядре и определяют характер считываемой информации. Следовательно, развитие эмбриональных закладок детерминировано. Жизненный цикл есть результат генетической программы, выработанной в ходе длительного процесса эволюционного развития. Оплодотворение (зигота – одноклеточный организм). Эмбриональное развитие: бластула – колониальные простейшие; гаструла – простейшее многоклеточное; плод – полноценное многоклеточное. Рождение (позвоночные). Постэмбриональное развитие (млекопитающие). Старение. Смерть. Теории происхождения многоклеточных Э. Геккеля и И.И. Мечникова. Теория Э.Геккеля (1884): В построении своей гипотезы он исходил из эмбриологических исследований, проведенных к тому времени А.О.Ковалевским и другими зоологами преимущественно на ланцетнике и ряде позвоночных. Опираясь на биогенетический закон, Геккель считал, что каждая стадия онтогенеза повторяет какую-то стадию, пройденную предками данного вида во время филогенетического развития. По его представлениям, стадия зиготы соответствует одноклеточным предкам, стадия бластулы - шарообразной – колонии жгутиковых. Далее по этой гипотезе произошло впячивание одной из сторон шарообразной колонии и образовался двухслойный организм, названный Геккелем гастреей, а гипотеза Геккеля получила название теории гастреи. Эта теория сыграла большую роль в истории науки, так как способствовала утверждению монофилитических представлений о происхождении многоклеточных. Теория И.И. Мечникова (1886): По его представлениям у гипотетического предка многоклеточных – шарообразной колонии жгутиковых – клетки, захватывавшие пищевые частички, временно теряли жгутики и перемещались внутрь колонии. Затем они могли вновь возвращаться на поверхность и восстанавливать жгутик. Постепенно в шарообразной колонии произошло разделение функции между сочленами колонии. Для успешного захвата пищи необходимо активное движение, что привело к поляризации организма. Передние клетки приобретали специализацию в отношении движения, а задние в отношении питания. Возникшее затруднение передачи пищи от задних клеток к передним повлекло за собой иммиграцию фагоцитобластов в полость тела. Этот гипотетический организм схож с личинкой многих губок и кишечнополостных. Первоначально Мечников назвал его перенхимеллой. Затем в связи с тем, что внутренний слой у гипотетического организма формируется из фагоцитобластов, он назвал его фагоцителлой. Данная теория получила название теории фагоцителлы. Биогенетический закон Геккеля-Мюллера и его применение в построении концепций происхождения многоклеточных. Независимо друг от друга Геккель и Мюллер сформулировали биогенетический закон. ОНТОГЕНЕЗ ЕСТЬ КРАТКОЕ ПОВТОРЕНИЕ ФИЛОГЕНЕЗА. В онтогенезе Геккель различал палингенезы и ценогенезы. Палингенез – признаки зародыша, повторяющие признаки предков (хорда, хрящевой первичный череп, жаберные дуги, первичные почки, первичное однокамерное сердце). Но их образовании может сдвигаться во времени – гетерохронии, и в пространстве – гетеротопии. Ценогенезы – приспособительные образования у зародыша, не сохраняющиеся во взрослом состоянии. Он указал, что ценогенезы влияют на палингенезы, искажают их. Он считал, что из-за ценогенезов рекапитуляция (Рекапитуляция -краткое, сжатое во времени повторение в онтогенезе признаков филогенетических (исторических) форм) происходит не полностью. Он отталкивался от этой теории, когда создавал теорию гастреи. Дальнейшие исследования показали, что биогенетический закон справедлив лишь в общих чертах. Нет ни одной стадии развития, на которой зародыш повторял бы строение своих предков. Установлено так же, что в онтогенезе повторяется строение не взрослых стадий предков, а эмбрионов. Гипотеза пангенезиса. Преформизм и эпигенез. Роль взглядов К.М. Бэра на развитие современной эмбриологии Пангенезис гипотеза наследственности и развития. Гиппократ (5—4 в. дон. э.) объяснял детальное сходство детей с родителями тем, что у животных и человека «семя отделяется из всего тела». Близкие воззрения развивали Дж. Борелли (17 в.), Ж. Бюффон (18 в.). В 19 в. идею П. выдвинул Ч. Дарвин, сформулировав «временную гипотезу П.» (1868). Стремясь охватить единой теорией явления индивидуального развития, изменчивости, наследственности и филогенетического развития, Дарвин предположил, что от всех частей организма отделяются субмикроскопические зародыши — геммулы, перемещающиеся по циркуляторным системам в половые клетки и обеспечивающие развитие у потомков признаков, сходных с родительскими, в том числе и вновь приобретённых. В основе преформизма лежали метафизические представления о том, что в онтогенезе никакого развития не происходит, а происходит только развертывание и количественное увеличение уже заранее предшествующих частей организма. Они делились на овистов (зародыш находится в яйцеклетке; Мальпиги, Гамлер) и анималькулистов (зародыш находится в сперматозоиде; Левенгук). Согласно взглядам эпигенеза, организм развивается из бесструктурной, гомогенной массы. Впоследствии в зародыше происходили новообразования. Представителем был К.Бер – в процессе развития зародыш претерпевает преобразования (от простого к сложному). Взгляды эпигенистов не учитывали, что каждое поколение исторически связано с предыдущим, отрицали преемственность между поколениями. Решающий перелом в споре между представителями двух течений произошел в XIX в. после работ К.М. Бэра (1792-1876), сумевшего снять альтернативу — или преформизм, или эпигенез. К.М. Бэр считал, что нигде в зародыше не происходит новообразований, имеют место лишь преобразования. При этом преобразование К.М. Бэр понимал отнюдь не в духе преформизма, а рассматривал его как подлинное развитие, с глубокими качественными преобразованиями от более простого и недифференцированного к более сложному и дифференцированному. Современные представления о молекулярно-генетических механизмах онтогенеза. Теория информации. Механизмы онтогенеза: Деление клетки митозом с регуляцией его темпа. Миграция клеток (важна для осуществления нормальной архитектоники) – начинается со стадии гаструлы. Миграция группами, отдельно, таксис. Нарушение миграции приводит к гетеротопиям (ненормальная локализация тканей и органов). Регулируется генетическим контролем и неклеточным контактом. Избирательная сортировка клеток. Обусловлена генетически (избирательная активность генов). Селективная гибель клеток. Апоптоз и резорбция рудиментарных генов. Регулируется генетически и межклеточными контактами. Специализация клеток (гистогенез). Изменяет форму, строение мембраны, набор органоидов клетки. Регулируется избирательной экспрессией генов, дифференцированным сплайсингом, инактивацией хромосом и генов, политенизация и амплификация ДНК. Эмбриональная индукция (гетеро- и гомогенная; опыты Шпемана, 1924). Влияние «организационного центра» на развитие компетентных клеток и тканей до достижения независимого развития. Регулируется специфическими и неспецифическими химическими индукторами. Генетический контроль развития – роль сегрегационных мутаций, дизрупция частей тела, гены материнского дефекта, отсутствие рецептора тестостерона. Регулируется альтернативным сплайсингом. Теория информации: Все живое развивается из яйца. Клетка (зигота) – генетическая система, в которой закодирована информация о биологической эволюции, с другой стороны – погрешность структуры и функционального развития. В должном месте, в должное время, возникает «должное». С позиции теории информации (Пригожин, Рубнер) в живой системе, в процессе ее развития, энтропия уменьшается. Организм как саморегулирующаяся система. Гомеостаз, гомеорез, гомеоклаз. Гипотеза эргон/хронона (Л. Гедда). Гомеостаз – сложившаяся в ходе эволюции уравновешенная и сбалансированная система организма, направленная на поддержание относительного постоянства внутренней среды. Гомеоклаз – гомеостаз стареющих организмов, снижение адаптивных способностей стареющих Гомеорез – поддержание постоянства в развивающихся системах Luigi Gedda: «Ген имеет не только способность самокопироваться (ergon), но и способен к этому в определенное время и конечное число раз (chronon)». Реализация принципа системности в онтогенезе. Целостность онтогенеза. Различия ассимиляции и диссимиляции на разных этапах онтогенеза. А) Организм развивается как целостная система в единстве с условиями среды. В его развитие можно выделить 3 фактора детерминирующих развитие: Генетические. Запрограммированы в ядре. В любой клетке большинство генов репрессировано и только часть из них депрессируется. Условно гены можно разделить на 3 группы: функционирующие во всех клетках (гены, кодирующие структуры, общие для всех клеток), функционирующие в тканях одного вида, специфичные для каждого вида клеток, обеспечивающие их морфологию и функции. Взаимодействие частей зародыша. Начинается с того, что возникают различные виды клеток за счет неоднородности цитоплазмы в яйцеклетке. От этого зависит дальнейшая дифференцировка. Дальнейшее усложнение в строении и формировании частей тела достигается благодаря взаимодействию между клетками. Онтогенез на этом этапе развития направляется взаимодействием между частями организма, также влияющими на реализацию генотипа в различных частях зародыша. Внешние для зародыша. Могут быть различные факторы физической и химической природы. Н-р: изменение температуры, действие лучистой энергии. Даже кратковременное их действие имеет существенное значение в формировании организма. Б) Диссимиляция – энергетический обмен. Распад, расщепление органического вещества. Органические вещества, составляющие основу живой материи, отличаются от неорганических - сложным строением и большим запасом энергии. Идет с выделением энергии. Ассимиляция – пластический обмен. Образование сложных веществ из более простых. Идет с затратой энергии. Генетический контроль: гипотеза Жакоба и Моно о внутриклеточной регуляции. Гипотеза Ф. Жакоба и Ж. Моно о внутриклеточной регуляции. Ф. Жакоб и Ж. Моно выдвинули в 1961 году гипотезу оперона. По этой схеме гены функционально неодинаковы. Один из них - структурный ген, содержит информацию о расположении аминокислот в молекуле белка фермента, другие выполняют регуляторные функции, оказывающие влияние на активность структурных генов – гены – регуляторы. Структурные гены располагаются рядом и образуют блок – оперон. Они программируют синтез ферментов. Кроме того, в оперон входят участки, относящиеся к процессу включения транскрипции. Вся группа генов одного оперона функционирует одновременно, поэтому ферменты одной цепи реакции либо синтезируются все, либо не синтезируется ни один из них. В самом начале структуры оперона находится ген – оператор, который включает и выключает структурные гены. Оператор контролирует ген – регулятор. Ген-регулятор кодирует синтез белка-репрессора. Репрессор в активной форме блокирует транскрипцию, считывание генетической информации прекращается и весь оперон выключается. До тех пор, пока репрессор связан с геном-оператором, оперон находится в выключенном состоянии. При переходе в неактивную форму ген-оператор освобождается, происходит включение оперона и начинается синтез соответствующей РНК с последующим процессом синтеза ферментов. Оперонная система представляет собой один из механизмов регуляции синтеза белка. Избирательная активность генов в ходе дифференцировки клеток и тканей. Дифференциация и интеграция в развитии. Морфогенез. А) Дифференцировка клеток и избирательная активность генов. До стадии бластулы все клетки тотипотентны – стволовые. Со временем тотипотентность снижается и появляются полипотентные (способны превращаться только в определенную ткань). У взрослых особей также сохраняется часть стволовых клеток. В ядрах дифференцированных клеток большинство генов находится в репрессивном состоянии, число же активно работающих генов различно в различных тканях и органах на разных стадиях развития. У эукариот существует путь регулирования генной активности – одновременное групповое подавление активности генов в целой хромосоме или ее большем участке. Это осуществляется белками-гистонами. Б) В ходе онтогенеза многоклеточных организмов происходит рост, дифференцировка и интеграция частей организма. Дифференцировка – специализация клеток; изменение развивающейся структуры. Интеграция - процесс объединения структур и функций в целостном организме, характерный для живых систем на каждом из уровней их организации. Показано, что в яйцеклетке, а позже в зиготе цитоплазматические факторы белковой природы проникают в ядро бластомера и определяют характер считываемой информации. Следовательно, развитие эмбриональных закладок детерминировано (определено). Таким образом, межклеточные взаимодействия важны для развития организма и его целостности, особенно в период дробления. Начиная со стадии бластулы, ведущим интегрирующим механизмом онтогенеза становится эмбриональная индукция. В) Морфогенез – возникновение и развитие органов, частей тела организмов как в онтогенезе, так и в филогенезе. Изучение особенностей морфологии на разных этапах онтогенеза в целях управления развитием организмов составляет основную задачу биологии развития, а также генетики, молекулярной биологии, эволюционной физиологии и др. и связано с изучением закономерностей наследственности. Роль цитоплазматических факторов яйцеклетки, контактных взаимодействий клеток, межтканевых взаимодействий, гормональных влияний. Рецепторы клеточных мембран и их роль в экспрессии генов. Уже в яйцеклетке можно обнаружить неравномерное распределение наследственной информации. Цитоплазматические факторы белковой природы проникают в ядро и определяют характер считываемой информации. В процессе развития клеточная специализация возникает как результат дифференциальной активности генов, связанной со сложными ядерно-цитоплазматическими отношениями. Взаимодействие между собой отличающихся друг от друга клеток является основой, на которой возникает дифференциальная активность генов на тканевом уровне и приводит к формированию органов. Части зародыша, из которых формируются одни органы, будучи пересаженными на новое место, дают начало другим органам, т.е. тем, которые должны образоваться на данном месте. Такое развитие получило название зависимой дифференцировки. Дифференцировке тканей и образованию органов предшествует также синтез гормонов и определенных белков, характерных для данных морфологических структур. Именно они га данном этапе развития определяют направление морфогенеза. Наружная или плазматическая мембрана ограничивает клетку от окружающей среды и благодаря наличию молекул-рецепторов обеспечивает целесообразные реакции клетки на изменения в окружающей среде. Молекулы-рецепторы по своей природе белки. Мембрана принимает участи е в рецепции и передаче сигналов. Рецепторы часто служат точкой приложения действия гормонов, биологически активных веществ, через рецепторы происходит включение и выключение генов. Механизм онтогенеза на клеточном уровне (деление клеток, миграция, сортировка и избирательная гибель). Деление клеток играет большую роль в процессах онтогенеза. Во-первых, благодаря делению из зиготы, которая соответствует одноклеточной стадии развития, возникает многоклеточный организм. Во-вторых, пролиферация клеток, происходящая после стадии дробления, обеспечивает рост организма. В-третьих, избирательному размножению клеток принадлежит заметная роль в обеспечении морфогенетических процессов. В постнатальном периоде индивидуального развития благодаря клеточному делению осуществляется обновление многих тканей в процессе жизнедеятельности организма, а также восстановление утраченных органов, заживление ран. Миграции клеток, или клеточные перемещения, наряду с другими клеточными процессами имеют очень большое значение, начиная с процесса гаструляции и далее, в процессах морфогенеза. Клетки мезенхимного типа мигрируют одиночно и группами, а клетки эпителиев обычно согласованно, пластом. Мезенхима — это скопление веретеновидных или звездчатых клеток, погруженных в межклеточный матрикс. Эпителий — группы клеток, плотно прилежащих друг к другу боковыми стенками и имеющих апикальную и базальную поверхности. Как мезенхима, так и эпителии могут быть образованы из любого из трех зародышевых листков. Клетки мезенхимного типа наиболее подвижны, так как не образуют между собой стойких контактов. 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. Сортировка клеток - В процессе эмбриогенеза клетки не только активно перемешаются, 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. В настоящее время различают два принципиально различных типа клеточной гибели: апоптоз (в переводе с греческого «отпадающий») и некроз. Апоптоз широко распространен и типичен для физиологических условий. Он является естественным, эволюционно обусловленным и генетически контролируемым механизмом морфогенеза. Некроз клеток возникает в нефизиологических условиях, например, в связи с действием неблагоприятных факторов, таких, как стойкое кислородное голодание, разного рода токсины и другие. Некроз обычно сопровождается воспалением и является патологическим процессом. Опыты Г. Шпемана, Х.Тидемана, Г.В. Лопашова в исследовании эмбриональной индукции. Эмбриональная индукция — это взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором 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. Один из опытов заключается в следующем: кусочек зародыша из области дорсальной губы бластопора на стадии гаструлы тритона гребенчатого пересаживают на боковую или вентральную сторону гаструлы тритона полосатого. В месте пересадки происходит развитие нервной трубки, хорды и других органов. Развитие может достичь довольно продвинутых стадий с образованием дополнительного зародыша на боковой или вентральной стороне зародыша реципиента. Дополнительный зародыш содержит в основном клетки зародыша реципиента, но светлые клетки зародыша-донора тоже обнаруживаются в составе различных органов. Из этого и подобных опытов следует несколько выводов. Во-первых, участок, взятый из спинной губы бластопора, способен направлять или даже переключать развитие того материала, который находится вокруг него, на определенный путь развития. Он как бы организует, или индуцирует, развитие зародыша как в обычном, так и в нетипичном месте. Во-вторых, боковая и брюшная стороны гаструлы обладают более широкими потенциями к развитию, нежели их презумптивное (предполагаемое) проспективное направление, так как вместо обычной поверхности тела в условиях эксперимента там образуется целый зародыш. В-третьих, достаточно точное строение новообразованных органов в месте пересадки указывает на эмбриональную регуляцию. Это означает, что фактор целостности организма приводит к достижению хорошего конечного результата из нетипичных клеток в нетипичном месте, как бы управляя процессом, регулируя его в целях достижения этого результата. Критические периоды развития. Роль А.Н. Трифоновой и П.Г. Светлова в изучении критических периодов. Тератогенные факторы среды. 1) Первые 2 дня– дробление, бластогенез. 2) На 7-12 день – имплантация. 3) 2 недели – двухслойный зародыш, плацентация. 4) 15-16 день – гаструляция. 5) 20-70 день – гистогенез и органогенез. 6) 9 месяц – рождение. Тератогенные факторы - внешние факторы, к которым организм (или отдельный орган) весьма чувствителен в определенные периоды и под действием которых формируются пороки развития эмбриона и плода, развивавшегося до этого нормально. П.Г.Светлов установил два критических периода в развитии плацентарных млекопитающих. Первый из них совпадает с процессом имплантации зародыша, второй - с формированием плаценты. Имплантация приходится на первую фазу гаструляции, у человека - на конец 1-й - начало 2-й недели. Второй критический период продолжается с 3-й по 8-ю неделю. В это время идут процессы нейруляции и начальные этапы органогенеза. в критические периоды А.Н. Трифонова(1957) отмечала изменения диссимиляционного обмена, ослабление способности связывать прижизненные красители, уменьшение в цитоплазме количества РНК и количества сульфгидрильных групп, связанных с белком. Так, в развитии рыб А.Н. Трифонова и другие исследователи обнаружили 3 критических периода: в начале или середине дробления, в начале гаструляции, совпадает с формированием осевых органов. Но чувствительность в разные периоды – разная. + Всестороннее изучение критических периодов, показывает, что они совпадают с активной морфологической дифференцировки, с переходом от одного периода развития к другому, с изменением условий существования зародыша. Проблема клонирования животных и человека. Тотипотентность, плюрипотентность, мультипотентность и унипотентность клеток. Биоэтика. Проблемы клонирования животных и человека. 1) Ядро соматической клетки генетически не тождественно ядру яйцеклетки, как результат 4% всех генов клонированной особи не имеют нормальной регуляции. Репрограмирование остальных малоэффективно. 2) Во всякой клетке происходят спонтанные и редуцированные мутации. 3) Процедура переноса ядра далека от идеала и не учитывает роль цитоплазматических факторов, прежде всего митохондриальных. 4) Жизнеспособность клонов очень низкая. 5) Для создания точной копии человека необходимо создать психо-личностные уникальные свойства. Биоэтика – наука о нравственной стороне деятельности человека в медицине и биологии.  Постнатальный онтогенез и его периоды. Роль эндокринных желез. Гипофиз, эпифиз, мелатонин. 1) Новорожденный 1-10 дней 2) Грудной 10 дней-1 год 3) Раннее детство 1-3 года 4) Первое детство 4-7 лет 5) Второе детство 8-12 лет (м), 8-11 лет (ж) 6) Подростковый 13-16 лет (м), 12-15 лет (ж) 7) Юношеский 17-21 лет (м), 16-20 лет (ж) 8) Первый зрелый 22-35 лет (м), 21-35 лет (ж) 9) Второй зрелый 36-60 лет (м), 36-55 (ж) 10) Пожилой 61-74 лет (м), 56-74 (ж) 11) Старческий 75-90лет 12) Долгожители 90 и более лет Постэмбриональный онтогенез: 1) Дорепродуктивный период – рост, развитие, половое созревание. 2) Репродуктивный период – активация функций взрослого организма, размножение. 3) Пострепродуктивный период - старение, постепенное нарушение процессов жизнедеятельности. Гипофиз. В нем находится гормон, стимулирующий рост, соматотропный гормон. При пониженной функции в детском возрасте развивается карликовость (нанизм), при повышенной – гигантизм. При выделении гормона в зрелом возрасте происходит патологический рост отдельных органов. Наблюдается разрастание костей кисти, стопы, лица (акромегалия). Эпифиз. Рост трубчатых костей в длину происходит до тех пор, пока между эпифизом и диафизом сохраняются прослойки хрящевой ткани, когда на их месте появляется костная ткань, рост в длину прекращается. А если гормон - то мелатонин Мелатонин. Координирует фазовые взаимодействия ритмов таким образом, что однонаправленные действуют в унисон, а разнонаправленные – несовместимы. Доносит до всех клеток организма о времени дня и световой фазе солнечного дня. Разрушается на свету. Вырабатывается в темноте. Вырабатывается эпифизом Средняя и видовая продолжительность жизни человека. Календарный и биологический возраст. Методы определения биологического возраста. Средняя продолжительность жизни – статистический показатель, сильно зависящий от детской смертности. Существенно варьирует от эпохи к эпохе, от страны к стране, от инфекционной заболеваемости, эпидемий, от половой принадлежности, социальных условий и т.д. Видовая продолжительность жизни – биологический показатель, указывающий сколько способен прожить индивид данного вида при благоприятных условиях. У человека значение этого показателя 120-130 лет. Проблема долголетия всегда занимала умы исследователей, но в ХХ века она приобрела особое значение в связи с глубокими демографическими сдвигами в структуре населения: во всех развитых странах происходит возрастание контингента пожилых людей. Попытки продления жизни предпринимались уже давно. Но продолжаются и по сей день. Возможно, что дальнейшая разработка какие-либо результаты. Календарный и биологический возраст. Биологический возраст – объективное состояние организма комплексно оцененное по уровню надежности клеток и тканей и систем. Календарный возраст показывает сколько лет прожил человек. От даты рождения до даты исследования. Для определения биологического возраста используют систему различных тестов: 1) Артериальное давление 2) Холестерин крови 3) Аккомодация глаз 4) Жизненная емкость легких 5) Мышечная сила 6) Показатель остеопороза пястных костей. 7) метод определения биологического возраста по физической работоспособности, 8) метод определения биологического возраста по умственной работоспособности, 9) метод определения биологического возраста по физической и умственной работоспособности, 10) метод определения биологического возраста по биоэлектрической активности головного мозга. Понятие о геронтологии и гериатрии. Проблемы долголетия. Особенности биоритмов в старческом возрасте. Геронтология - раздел медико-биологической науки, изучающий явления старения живых организмов начиная от молекулярного и клеточного уровня заканчивая целостным организмом, в том числе и человека. Гериатрия — учение об особенностях развития, течения, лечения и предупреждения заболеваний у людей старческого возраста. Проблема долголетия всегда занимала умы исследователей, но в ХХ века она приобрела особое значение в связи с глубокими демографическими сдвигами в структуре населения: во всех развитых странах происходит возрастание контингента пожилых людей. Попытки продления жизни предпринимались уже давно. Но продолжаются и по сей день. Возможно, что дальнейшая разработка какие-либо результаты. Теории старения: эндокринная ( Г. Штейнах), питание, сдерживающее рост( Мак-Кей 1953, В.Н. Никитин 1974), недостаточность восстановительных процессов (И.А. Аршавский 1972), нормализация функций иммунной системы, свободно-радикальная теория, нормализация работы нервной системы (А.В. Ачурин 1958). Особенности биоритмов в старческом возрасте: поступательное угасание амплитуд, низкий уровень надежности хроноструктуры, измененная структура хронодезмов Сущность старения. Генетические, клеточные и системные механизмы старения. Старение – процесс закономерного возникновения возрастных изменений, которые начинаются задолго до старости и постепенно приводят к сокращению приспособительных функциональных возможностей организма. Клеточные механизмы старения: Уменьшается содержание воды в цитоплазме Снижается электрический потенциал Снижается содержание в цитоплазме АТФ Изменяется структура эндоплазматической сети. Генетические механизмы старения: Снижается интенсивность синтеза ДНК и РНК Возникают ошибки при считывании информации, вследствие чего нарушается синтез белка Накапливаются свободные радикалы в цитоплазме Усиливается процесс возникновения хромосомных аберраций в некоторых соматических клетках. Системные механизмы старения: Гетерокатефтентность, гетеротопность, гетерокинетичность и гетерохронность Гетерокатефтентность, гетеротопность, гетерокинетичность и гетерохронность. Факторы старения и долголетия. Гетерохронность - различие во времени наступления старения отдельных тканей, органов систем. Примеры: атрофия тимуса у человека начинается в возрасте 13 - 15 лет, половых желез - в климактерическом периоде, в возрасте 48 - 52 года у женщин, а некоторые функции гипофиза сохраняются на высоком уровне в глубокой старости. Гетеротопность - выраженность процесса старения - неодинакова в различных органах, в разных структурах одного и того же органа. Примеры: старение пучковой зоны коры надпочечников выражено меньше, чем клубочковой и сетчатой зоны. В ЦНС неодинаково выражены возрастные изменения в разных структурах и даже в пределах одной и той же структуры. Так, нейроны в одних извилинах коры головного мозга изменяются более существенно, чем в других. Гетерокинетичность - развитие возрастных изменений с различной скоростью. В одних тканях, возникая довольно рано, они медленно и относительно плавно прогрессируют, в других - развиваются позже, но стремительно. Пример: в костно-суставной системе отдельные признаки старения улавливаются довольно рано. Медленно прогрессируя, они, в конце концов, приводят к деструкции кости - остеопорозу. Сдвиги в ряде структур ЦНС длительно не улавливаются в ходе возрастной эволюции. Однако, возникнув, они могут быстро сказаться на состоянии самых различных систем организма. Гетерокатефтенность - разнонаправленность возрастных изменений, связанная с подавлением одних и активацией других жизненных процессов в стареющем организме. Факторы, влияющие на долголетие: пол, наследственность, уровень физ нагрузки, образ жизни, среда Теории старения (И. Пригожин, Л. Хейфлик). Теломерная теория, теория ошибок, энергетическая теория. В 1961 году Леонард Хейфлик обнаружил замечательный эффект. Он экспериментально установил, что соматические (телесные) клетки могут делиться только ограниченное число раз. Как будто в клетках существует своего рода молекулярный счетчик. Он фиксирует, сколько делений уже сделано. И не дает клетке делиться сверх определенного предела. Хейфлик установил, что фибробласты (основная клеточная форма соединительной ткани организма) клеток кожи делятся примерно 50 плюс-минус 10 раз, после чего останавливаются. Пойдя еще дальше, он взял клеточные культуры, которые были заморожены после того, как клетки разделились 25 раз. Оттаяв, эти клетки продолжили делиться, пока не достигли предела в 50 делений, а затем все же погибли. Почему это происходит? Российский ученый Алексей Оловников в 1971 году предположил, что ограниченное количество делений клетки связано с механизмом удвоения ДНК. Он устроен так, что концы линейных хромосом (теломеры) с каждым делением укорачиваются. Поэтому после некоторого количества делений (около 50) клетка больше делиться не может. Было выяснено, что длина теломер (концевых участков) хромосом зависит от возраста человека. Чем старше человек, тем средняя длина теломер меньше. Таким образом, при каждом делении клетки ее ДНК укорачивается, что служит «счетчиком» числа делений и, соответственно, продолжительности жизни. Физик М. Сциллард 1954 г. Исследуя эффекты воздействия радиации на живые организмы, он показал, что действие ионизирующего излучения существенно сокращает срок жизни людей и животных. Под воздействием радиации происходят мутации в молекуле ДНК и инициируются некоторые симптомы старения, такие как седина или раковые опухоли. Сциллард сделал вывод, что мутации являются непосредственной причиной старения живых организмов. С течением времени система репарации ДНК изнашивается, в результате чего происходит старение организма Данная теория относится к одной из самых первых теорий старения. Она была предложена Н. Рубнером в1908 г., который первым обратил внимание на то, что крупные млекопитающие живут дольше, чем мелкие. Например, мышь живет 3,5 года, собака – 20 лет, лошадь – 46 лет, слон – 70 лет. Являясь наиболее примитивной, энергетическая теория рассматривает старение как простое изнашивание клеток и тканей. Этот вывод сделан из того, что якобы существует обратная зависимость между интенсивностью обмена веществ, энергией и продолжительностью жизни. Согласно термодинамической теории Пригожина, можно считать, что процесс развития, роста и старения организмов представляет собой процесс непрерывного уменьшения функции внешней диссипации. Таким образом, продолжительность жизни организма представляет собой функцию интенсивности обмена веществ и энергии. Трата «энергетического фонда» начинается сразу же после первого деления оплодотворенной яйцеклетки, и тем самым каждый физиологический акт приближает живую систему к ее концу. Клиническая и биологическая смерть. Реанимация. Клиническая смерть. Прекращение важнейших жизненных функций: потеря сознания, отсутствие сердцебиения и дыхания. Однако большинство клеток и органов живы. Биологическая смерть. Прекращение самообновления, химические процессы становятся неупорядоченными, в клетках происходит аутолиз и разложение. Эти процессы происходят с неодинаковой скоростью в различных органах. Скорость определяется степенью чувствительности тканей к нарушению снабжения их кислородом. Реанимация, т.е. возвращение к жизни из состояния клинической смерти. Из этого состояния вернуть можно лишь тогда, когда не повреждены жизненно важные органы. Реанимация -совокупность мероприятий по оживлению человека, находящегося в состоянии клинической смерти, восстановлению внезапно утраченных или нарушенных в результате несчастных случаев, заболеваний и осложнений функций жизненно важных органов. Закон Гомперца-Мейкема и его сущность. Проблема продолжительности жизни. В 1825 году была создана первая математическая модель старения (Б.Гомперц). Смертность Гомперц рассматривал как величину, обратную жизнеспособности – «способ разрушительных процессов». Он предложил, что во времени жизнеспособность снижается пропорционально ей самой в каждый момент, что для смертности соответствует экспоненциальному нарастанию с возрастом. У. Мейкем дополнил формулу Гомперца – добавил коэффициент, представляющий независимый от возраста компонент смертности, имеющий эколого-социальную природу и выражено меняющийся в истории человечества. M(t)=A + R₀exp(at) M(t) – интенсивность (вероятность) смертности в возрасте t. A – фоновая компонента Мейкема. R₀exp(at) – возрастная экспонента компонента. Анализируя среднюю продолжительность жизни человека, можно видеть, что эта величина непостоянная. Статистически установлено, что средняя продолжительность жизни женщин выше, чем у мужчин. Потенциальная возможность долголетия проявляется неодинаково в различных условиях среды. Необходимое условие долголетия – отсутствие генетических факторов, вызывающих какое-либо наследственное заболевание или ухудшение жизнеспособности организма. Гипотеза ограниченной надежности организма. Гипотезе предложена в 1978 Гавриловым. Организм представляет собой высоконадежную систему, включающую много элементов. Но надежность системы не бесконечна. Если откажут сразу несколько элементов этой системы, организм переходит в состояние неспецифической уязвимости: человек умирает от любой первой попавшейся причины. Такое состояние назвали нежилец. (московские биологи, 25 лет назад). Качество условий жизни Качество образа жизни Качество наследственности человека Качество медицины. |