Индивидуальное развитие организмов. Лекция №4

1.

Кафедра биологии, медицинской генетики и экологии
Лекция №4
Индивидуальное развитие
организмов

2.

План
1. Онтогенез: понятие, типы,
периодизация
2. Этапы эмбриогенеза
3. Онтогенез человека
4. Регенерация и трансплантация

3.

1. Онтогенез: понятие, типы,
периодизация

4.

Онтогенез (1866, Э. Геккель)
• процесс индивидуального развития организма,
представляющий собой совокупность закономерных,
взаимосвязанных, характеризующихся определенной
временной последовательностью морфологических,
физиологических и биохимических преобразований в
организме от момента его обособления как
индивидуальности до смерти или прекращения
существования в прежнем качестве

5.

Концепции онтогенеза
• Преформизм (лат. praeformo - заранее образую)
(Гиппократ, А. Левенгук, М. Мальпиги, Я.
Сваммердам) - рост расположенных в определенном
порядке предшествующих структур и частей
будущего организма
• Эпигенез (греч. epi - после + genesis происхождение)(Аристотель, Ф. Вольф) - организм
развивается из гомогенной бесструктурной массы,
онтогенез – это качественные изменения
• Преформированный эпигенез (К. Бэр, 1828) онтогенез не как предобразование, не как
новообразование структур, а как их преобразование

6.

Свойства онтогенеза
• Исходная запрограммированность процессов
• Необратимость онтогенеза
• Углубление специализации
• Адаптивный характер
• Неравномерность темпов
• Целостность и преемственность отдельных
этапов
• Наличие цикличности
• Наличие критических периодов

7.

Типы онтогенеза животных
• Личиночный – после раннего выхода из яйцевых
оболочек организм некоторое время живет в форме
личинки, существенно отличающейся от взрослой
особи

8.

Личиночный онтогенез
(с метаморфозом)
• Полное: яйцо – личинка -куколка - имаго

9.

Личиночный онтогенез
(с метаморфозом)
• Неполное: яйцо - личинка (нимфа) - имаго

10.

Типы онтогенеза животных
• Прямой - после выхода из яйцевых оболочек или
материнского организма рождается на свет
организм, похожий на взрослую особь; зародыш
имеет специальные провизорные (временные)
органы - зародышевые оболочки

11.

Прямое развитие
• Неличиночное (яйцекладущий) – зародыш
длительное время развивается внутри яйца
• Внутриутробное – оплодотворенные яйца
задерживаются в яйцеводах матери, иногда
возникает связь тканей зародыша и материнского
организма

12.

Периодизация онтогенеза
• Проэмбриональный (предзародышевый):
гаметогенез, оплодотворение
• Эмбриональный (зародышевый) – период от
оплодотворения до выхода организма из яйцевых и
зародышевых оболочек
• Постэмбриональный - заканчивается смертью

13.

14.

Периодизация онтогенеза
(по состоянию репродуктивной функции)
• Дорепродуктивный (период роста и
формообразования) – не способны к размножению
(неполовозрелые, ювенильный период)
• Репродуктивный (зрелости) – способны размножаться
(половозрелые)
• Пострепродуктивный (старости) – утратили способность
к размножению

15.

2. Этапы эмбриогенеза

16.

Цитогенетические процессы, лежащие
в основе эмбриогенеза
• Деление клеток
• Миграция клеток
• Сортировка клеток
• Запрограммированная гибель клеток
• Дифференцировка клеток
• Контактные взаимодействия клеток
• Дистантные взаимодействия клеток

17.

Эмбриогенез
Дробление
Гаструляция
Нейруляция
(для
хордовых)
Гисто- и
органогенез

18.

Дробление
• серия последовательных митотических делений зиготы одноклеточной стадии развития нового организма,
образующейся в результате слияния сперматозоида с
яйцеклеткой

19.

Дробление
Особенности
образуются клетки - бластомеры
разделившиеся клетки зародыша не растут
количество ДНК в ядре удваивается после каждого
деления
Биологическая роль
Образование многоклеточности
Восстановление ядерно-цитоплазматического
отношения

20.

Бластула
• многоклеточный однослойный зародыш
бластоцель
бластомер
бластодерма

21.

Типы дробления

22.

Гаструляция
• процесс образования зародышевых листков
(многослойного зародыша – гаструлы): этапы:
1. образование эктодермы и энтодермы
2. формирование мезодермы

23.

Способы образования
двуслойного зародыша
• Инвагинация – впячивание бластодермы внутрь
бластоцеля (ланцетник)

24.

Способы образования
двуслойного зародыша
• Иммиграция – отдельные клетки бластодермы
мигрируют в бластоцель, из них формируется
внутренний слой (кишечнополостные)

25.

Способы образования
двуслойного зародыша
• Эпиболия – обрастание мелкими клетками анимального
полюса более крупных, отстающих в скорости деления и
менее подвижных, клеток вегетативного полюса
(земноводные)

26.

Способы образования
двуслойного зародыша
• Деламинация – расщепление единого клеточного пласта
на два более или менее параллельных

27.

Способы образования мезодермы
Между экто- и
энтодермой
появляются
телобласты, которые
образуют мезодерму
Клетки, формирующие
мезодерму, появляются
в виде
карманоподобных
выступов

28.

Гистогенез и органогенез
• формирование тканей и органов из зародышевых
листков
• Тотипотентность – равнонаследственность (до
бластулы)
• Детерминация – процесс, в результате которого
определяется судьба клеток:
- ооплазматическая сегрегация
- эмбриональная индукция
• Дифференцировка - процесс развития
специализированных клеточных типов из одного
оплодотворенного яйца; основа – синтез специфических
веществ

29.

Ооплазматическая сегрегация
• перемещения цитоплазмы в зиготе, в результате чего
определяются участки, из которых в дальнейшем будут
развиваться те или иные органы и ткани (асцидии,
земноводные, млекопитающие)

30.

Гисто- и органогенез
• Эмбриональная индукция (Г. Шпеман, 1924) взаимоотношения между различными группами клеток,
которые стимулируют их развитие в определенном
направлении

31.

Нейруляция
• образование комплекса осевых органов: хорды, нервной
трубки, кишечной трубки

32.

Производные зародышевых листков

33.

Провизорные органы
• временные органы у зародышей и личинок животных
организмов в процессе их развития.

34.

Желточный мешок
• представляет мембрану, пронизанную сетью
кровеносных сосудов, расположенную снизу под
эмбрионом вокруг желтка, непосредственно связан с
кишечной трубкой зародыша; энтодермального
происхождения;
• Функции: перенос питательных веществ из желтка к
зародышу, образование первичных половых клеток
• впервые у рыб

35.

Аллантоис
• вырост пищеварительного тракта
• Функции: место накопления азотистых отходов
метаболизма (рептилии и птицы); газообмен, выделение
• Аллонтоис+желточный мешок+ кровеносные
сосуды=пуповина - питание

36.

Амнион
• эктодермальный мешок, заключающий зародыша и
заполненный амниотической жидкостью
• Функции: защита эмбриона; амниотическая жидкость
предотвращает потерю эмбрионом воды, служит
защитной подушкой и создает возможность эмбриону
для некоторой подвижности в результате растущие
части не мешают друг другу

37.

Хорион
• наружная зародышевая оболочка
• Функции: обмен веществ между зародышем и
окружающей средой; образует пальцевидные
выросты - ворсинки, врастающие в ткань матки с
образованием плаценты (у плацентарных
млекопитающих); плацента в дальнейшем
обеспечивает питание, дыхание и выделение плода;
выработка гормонов

38.

3. Онтогенез человека

39.

Периоды онтогенеза человека
• Пренатальный – до момента рождения
А) начальный (1 неделя развития)
Б) зародышевый (2-8 неделя развития)
В) плодный (9 неделя развития-рождение)
• Интранатальный – во время рождения
• Постнатальный – после рождения:

40.

Постнатальный онтогенез человека

41.

Развитие организма
Сложное, скоординированное сочетание процессов:
• деления клеток
• миграции клеток
• взаимодействия клеток
• генной регуляции
• дифференцировки
нарушение
врожденные пороки развития
Факторы развития – тератогены (физические,
химические, биологические)

42.

Критический период онтогенеза
• время роста органа и образования специфических для этого
органа структур (П.Г. Светлов, 1978)
• факторы, действующие в критический период:
1) Повреждающие – приводящие к смерти или патологическим
изменениям
2) Модифицирующие – вызывают отклонения от нормы, не
имеют патологического характера
3) Закономерное – стрессовое воздействие среды,
обеспечивающее развитие нормы

43.

Критический период онтогенеза
• Врожденные пороки развития – изменения строения
органов, приводящие к нарушению их функций
• Врожденные аномалии развития – изменения, не
вызывающие нарушения функций

44.

Классификация ВПР
• По времени возникновения
- гаметопатии – нарушения в процессе
гаметогенеза
- бластопатии – до 15 дня беременности
- эмбриопатии - с 15 дня до 10 недели
- фетопатии – с 10 недели

45.

Классификация ВПР
• По системам органов
• По причинам (наследственные,
ненаследственные)

46.

47.

Критические периоды
• Эмбриогенез
1) Зиготы (до 1 сут или 10-14 сут после менструации)
2) Имплантации (6-7 сут)
3) Планцентации (15-19 сут после оплодотворения)
4) Закладка временных органов
5) Закладка дефинитивных органов 1 регенерации (55-60 сут)
6) Закладка дефинитивных органов 2 регенерации (5-5,5 мес)
7) Рождение (3-5 сут до рождения)

48.

Критические периоды
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Постнатальный период
Новорожденности (1-10 сут), рефлексы – сосательный, глотательный,
хватательный
Детства (6-6,5 лет)
Подростковый (11-15 лет девочки; 12-16 лет мальчики)
Юношества (20-21 девушки, 23-25 юноши)
Первой зрелости (48-50 лет женщины, 43-46 лет мужчины)
Второй зрелости (55-57 женщины, 60-64 мужчины)
Пожилой (75-78 лет женщины, 73-75 лет мужчины)
Старость (88-91 год)

49.

Развитие
• Акселерация - ускорение развития и
физиологического созревания детей и подростков
• Причины: изменение магнитного поля Земли, теория
гетерозиса или миграции людей, улучшение питания,
урбанизация и др. – результат множественного
действия факторов
• Ретардация – задержка роста и развития

50.

Старение
• Старение — результат ограничения механизмов
саморегуляции, снижения их потенциальных
возможностей при первичных изменениях в
регуляции генетического аппарата.
• Видовой предел жизни человека - 110–120 лет
• Наука о старении – геронтология

51.

Старение
• перспективные направления исследований генетические методы корректировки старения
(например, создание генной терапии долголетия)
• обозначены основные группы генов, задействованные в
процессах старения
• имеется достаточно внушительных список
геропротекторов, прямо или опосредованно влияющих
на ключевые гены продолжительности жизни и
способствующие ее продлению
• Преждевременное старение – любое частичное или
более общее ускорение темпа старения, приводящее к
тому, что данное лицо опережает средний уровень
старения своей возрастной группы
• Прогерия – преждевременное старение
наследственной природы

52.

Признаки старения
• Нарушения на молекулярном уровне:
- процессов репликации, транскрипции, трансляции;
- снижение синтеза ферментов;
- возникают спонтанные нарушения ДНК, РНК.
-
Изменения на клеточном уровне:
уменьшение количества воды
снижение транспорта ионов
снижение активности ферментов

53.

Признаки старения
• Изменения на органном уровне:
- увеличение АД;
- уменьшение жизненной ёмкости лёгких;
- увеличение свертывания крови
- уменьшение основного обмена;
- уменьшение активности щитовидной железы и т.д.
• Изменения на организменном уровне:
- осанка; кожа; слух; зрение; память…

54.

Гипотезы старения
• теории, считающие старение специальной
программой
• теории, полагающие, что старение связано с
накоплением в организме тех или иных
повреждений, отличающиеся различными
источниками и мишенями этих повреждений

55.

Гипотезы старения
• Гипотеза ошибок (Л. Оргель, 1963) – накоплений мутаций,
случайно возникающих в процессе жизнедеятельности
• Теория биологических часов (теломеразная) –
функционирование в организме биологических часов, запускающие
механизмы возрастных изменений; предположительно –
генетически запрограммированное число митозов - число
клеточных делений ограничено (лимит Хейфлика); в синтетический
период интерфазы, во время репликации ДНК происходит
укорочение теломеров, после достижения критической величины
репликация не происходит и клетка больше не делится.
• Гистон-репрессирующая теория – процесс неспецифической
универсальной репрессии генетического аппарата обусловлен
многоповторяемостью генов гистонов, которые понижают
репликацию
• Свободнорадикальная – повреждение генетического аппарата и
мембран свободными радикалами

56.

Смерть
• Клиническая смерть – отсутствие сознания,
прекращение сокращений сердца, отсутствие дыхания и
рефлекторных реакций - обратимый этап умирания.
• все органы и ткани остаются живыми, их метаболизм
остается упорядоченным.
• Продолжительность 3-5 минут, возможна реанимация
• Биологическая смерть — процесс необратимый,
который начинается с момента гибели клеток коры
головного мозга и последующей гибели клеток всех
тканей и органов.
• характеризуется неупорядоченными химическими
реакциями в клетках, автолизом и разложением тканей.

57.

4. Регенерация и трансплантация

58.

Регенерация
• это замещение самых разных структур – от частей
клетки до частей тела после естественного
изнашивания или случайной утраты.

59.

Регенерация
Физиологическая базовая способность
каждого организма
восполнять структуры,
утраченные в
процессе нормальной
жизнедеятельности
• Репаративная - способность
организма восстанавливать свои части
после их утраты от случайных травм,
болезней или намеренной ампутации
А) эпиморфоз – за счет пролиферации
клеток с образованием
регенерационного зачатка – бластемы
(рубцевание ран)
Б) морфоллаксис – перегруппировка
клеток и восстановление утраченной
части
В) эндоморфоз (компесаторная
гипертрофия) – усиление функции
оставшегося парного органа или
обретение клетками оставшейся части
органа способности к делению;
восстанавливается масса органа

60.

Типы регенерации по результатам
восстановления
• Атипичная восстанавливающаяся
структура может оказаться
больше или меньше
утраченной
А) гипоморфоз – меньше
утраченной
Б) гиперморфоз – больше
утраченной
В) гетероморфоз –
отличается качественно
Г) гомоморфоз –
восстановление сходного
с утраченным органом
• Типичная

61.

Нарушение регенерация
• Образование опухолей: злокачественные (прорастают в
окружающие ткани) и доброкачественные (оттесняют
окружающие ткани)

62.

Трансплантация
• Пересадка или приживление органов и тканей, когда
регенерация невозможна
• Транплантат – пересаживаемый участок ткани или органа
• Донор – организм, предоставляющий трансплантат
• Реципиент – организм, которому пересаживают
трансплантат

63.

Виды трансплантации
• Аутотрансплантация – пересадка в пределах одного
организма
• Аллотрансплантация (гомотрансплантация) – между
организмами одного вида (изотрансплантация – между
монозиготными близнецами, синтрансплантация – между
родственниками первой степени)
• Ксенотрансплантация (гетеротрансплантация – между
организмами разных видов)
• Эксплантация – культивирование изолированных тканей и
органов вне организма
• Причина отторжения – несовпадение антигенов
гистосовместимости разных организмов

64.

Борьба с отторжением
• Подавление иммунной реакции (создание аллоплантов –
биоматериалов со слабой иммуногенностью)
• Протезирование органов и тканей
• Клонирование

65.

Виды трансплантации
• Аутотрансплантация – пересадка в пределах одного
организма
• Аллотрансплантация (гомотрансплантация) – между
организмами одного вида (изотрансплантация – между
монозиготными близнецами, син трансплантация – между
родственниками первой степени)
• Ксенотрансплантация (гетеротрансплантация – между
организмами разных видов)
• Эксплантация – культивирование изолированных тканей и
органов вне организма
• Причина отторжения – несовпадение антигенов
гистосовместимости разных организмов

66.

Борьба с отторжением
• Подавление иммунной реакции (создание аллоплантов –
биоматериалов со слабой иммуногенностью)
• Протезирование органов и тканей
• Клонирование