Биологическое значение мейоза

Если бы в процессе мейоза не происходило уменьшения числа хромосом, то в каждом следующем поколении при слиянии ядер яйцеклетки и сперматозоида число хромосом увеличивалось бы бесконечно. Благодаря мейозу зрелые половые клетки получают гаплоидное (n) число хромосом, при оплодотворении же восстанавливается свойственное данному виду диплоидное (2n) число. При мейозе гомологичные хромосомы попадают в разные половые клетки, а при оплодотворении парность гомологичных хромосом восстанавливается. Следовательно, обеспечивается постоянных для каждого вида полных диплоидный набор хромосом и постоянное количество ДНК.
Происходящие в мейозе перекрест хромосом, обмен участками, а также независимое расхождение каждой пары гомологичных хромосом определяют закономерности наследственной передачи признака от родителей потомству. Из каждой пары двух гомологичных хромосом (материнской и отцовской), входивших в хромосомный набор диплоидных организмов, в гаплоидном наборе яйцеклетки или сперматозоида содержится лишь одна хромосома. Она может быть:

• отцовской хромосомой;
• материнской хромосомой;
• отцовской с участком материнской;
• материнской с участком отцовской.

Эти процессы возникновения большого количества качественно различных половых клеток способствуют наследственной изменчивости.
В отдельных случаях вследствие нарушения процесса мейоза, при нерасхождении гомологичных хромосом, половые клетки могут не иметь гомологичной хромосомы или, наоборот, иметь обе гомологичные хромосомы. Это приводит к тяжелым нарушениям в развитии организма или к его гибели.

25.Онтогенез - индивидуальное развитие организмов.

При половом размножении животных и растений преемственность поколений обеспечивается через половые клетки, которые несут в себе всю наследственную информацию, определяющую ход развития будущего организма. Поэтому онтогенез можно определить как процесс реализации генетической информации, полученной от родителей. Онтогенез начинается с момента слияния сперматозоида и яйцеклетки и образования зиготы и заканчивается смертью организма.

Онтогенез делится на два периода:

1. Эмбриональный - с момента образования зиготы до рождения или же выхода из яйцевых оболочек.

2. Постэмбриональный - от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма.

Эмбриональное развитие состоит из следующих основных этапов:

1. Дробление, в результате которого образуется многоклеточный зародыш;

2. Гаструляция, в процессе которой возникают первые эмбриональные ткани - эктодерма и энтодерма, а зародыш становится двухслойным;

3. Первичный органогенез - образование комплекса осевых органов зародыша - нервной трубки, хорды, кишечной трубки.

Рассмотрим каждый из этапов эмбрионального развития животных подробнее на примере ланцетника.

Яйцеклетка у всех животных обладает полярностью. Два её противоположных полюса называются анимальным и вегетативным. Полярность яйца часто проявляется в расположении цитоплазматических включений. Тип дробления оплодотворенной яйцеклетки зависит от количества желтка и характера его распределения в цитоплазме яйца. Различают полное дробление, когда дробится вся яйцеклетка, и неполное, когда дробится только её часть. Это обусловлено тем, что желток препятствует образованию перетяжки при делении тела клетки. Полное дробление бывает равномерным, если образующиеся в результате деления клетки примерно одинаковы по величине, и неравномерным, если они отличаются по своим размерам.

В яйцеклетке ланцетника желтка мало и он равномерно распределен в цитоплазме, поэтому дробление оплодотворенной яйцеклетки полное и равномерное. Первая борозда проходит меридиональной плоскости по направлению от анимального полюса к вегетативному, разделяя зиготу на две клетки равной величины. Образующиеся в результате дробления зиготы клетки называются бластомерами ("бластос" - зародыш, "мерос" - часть). Вторая борозда также проходит меридиональной плоскости, но перпендикулярно первой. Получается 4 клетки. Третья борозда дробления - широтная, она проходит несколько выше экватора и сразу разделяет четыре бластомера на восемь клеток. Далее правильно чередуются меридиональные и широтные борозды. По мере увеличения числа клеток деление их становится асинхронным. Бластомеры всё дальше расходятся от центра зародыша, формируя полость. В конце концов зародыш принимает форму пузырька со стенкой, образованной одним слоем клеток, тесно прилегающих друг к другу. Внутренняя полость зародыша, первоначально сообщающаяся с внешней средой через промежутки между бламтомерами, в результате их плотного смыкания становится совершенно изолированной. Эта полость носит название первичной полости тела, а сам зародыш в конце периода дробления - бластулы. Общий объём бластомеров, появившихся в результате дробления, не превышает объёма зиготы. Таким образоммитотическое деление зиготы и бластомеров не сопровождается ростом образовавшихся дочерних клеток до размеров материнской, и размеры бластомеров в результате последовательных делений прогрессивно уменьшаются. Эта особенность митотического деления бластомеров наблюдается при развитии оплодотворённых яйцеклеток всех типов.

У млекопитающих в цитоплазме яйцеклетки желтка почти нет и дробление полное, однако образующиеся бластомеры неодинаковы по размерам.

Общие черты периода дробления:

1. В результате дробления образуется многоклеточный зародыш - бластула и накапливается клеточный материал для дальнейшего развития.

2. Все клетки в бластуле имеют диплоидный набор хромосом, одинаковы по строению и отличаются друг от друга главным образом по количеству желтка, т.е. клетки бластулы не дифференцированы.

3. Характерная особенность дробления - очень короткий митотический цикл по сравнению с его продолжительностью у взрослых животных.

4. В период дробления интенсивно синтезируется ДНК и белки и отсутствует синтез РНК. Генетическая информация, содержащаяся в ядрах бластомеров, не используется.

5. Во время дробления цитоплазма не перемещается.

26. Органогенез (от греч. organon — орган, genesis — развитие, образование)— процесс развития, или формирования, органов у зародыша человека и животных.
Органогенез следует за более ранними периодами зародышевого развития (см. Зародыш) — дроблением яйца, гаструляцией и наступает после того, как обособятся основные зачатки (закладки) органов и тканей. Органогенез протекает параллельно с гистогенезом (см.), или развитием тканей. В отличие от тканей, из которых каждая имеет своим источником какой-либо один из эмбриональных зачатков, органы, как правило, возникают при участии нескольких (от двух до четырех) различных зачатков (см. Зародышевые листки), дающих начало разным тканевым компонентам органа. Например, в составе стенки кишки эпителий, выстилающий полость органа, и железы развиваются из внутреннего зародышевого листка — энтодермы (см.), соединительная ткань с сосудами и гладкая мышечная ткань — из мезенхимы (см.), мезотелий, покрывающий серозную оболочку кишки,— из висцерального листка спланхнотома, т. е. среднего зародышевого листка — мезодермы, а нервы и ганглии органа — из неврального зачатка. Кожа образуется при участии наружного зародышевого листка — эктодермы (см.), из которой развиваются эпидермис и его производные (волосы, сальные и потовые железы, ногти и др.), и дерматомов, из которых возникает мезенхима, дифференцирующаяся в соединительнотканную основу кожи (дерму). Нервы и нервные окончания в коже, как и всюду,— производные неврального зачатка. Некоторые органы формируются из одного зачатка, например кость, кровеносные сосуды, лимфатические узлы — из мезенхимы; однако и здесь в закладку врастают производные зачатка нервной системы — нервные волокна, формируются нервные окончания.
Если гистогенез заключается главным образом в размножении и специализации клеток, а также в образовании ими межклеточных веществ и других неклеточных структур, то основными процессами, лежащими в основе органогенеза, являются образование зародышевыми листками складок, впячиваний, выпячиваний, утолщений, неравномерный рост, срастание или разделение (обособление), а также взаимное прорастание различных закладок.
У человека органогенез начинается с конца 3-й недели и завершается в основных чертах к 4-му месяцу внутриутробного развития. Однако развитие ряда провизорных (временных) органов зародыша — хориона, амниона, желточного мешка — начинается уже с конца 1-й недели, а некоторые дефинитивные (окончательные) органы формируются позже других (например, лимфатические узлы— начиная с последних месяцев внутриутробного развития и до наступления полового созревания).

Постэмбриональный период развития

 

Вмомент рождения или выхода организма из яйце­вых оболочек заканчивается эмбриональный и начинается постэмбриональный период развития. Развитие может быть прямым или сопровождается превращением (метаморфозом). При прямом развитии из яйцевых оболочек или из тела матери выходит организм неболь­ших размеров, но в нем заложены все основные органы, свойственные взрослому животному (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие). Постэмбриональное развитие сводится в основном к росту и половому созреванию. При развитии с метаморфозом из яйца выходит ли­чинка,обычно устроенная проще взрослого животного, со специальными личиночными органами, отсутствую­щими во взрослом состоянии. Личинка питается, растет, и со временем личиночные органы заменяются органа­ми, свойственными взрослым животным. Следователь­но, при метаморфозе разрушаются личиночные органы и возникают органы, свойственные взрослым животным. Разберем несколько примеров непрямого постэмбри­онального развития. У асцидий (тип хордовые, подтип личиночнохордовые) образуется личинка, обладающая всеми основными признаками хордовых животных: хордой, нервной трубкой, жаберными щелями в глотке. Личинка свободно плавает, затем прикрепляется к ка­кой-либо твердой поверхности на дне моря и совершает метаморфоз: хвост исчезает; хорда, мышцы, нервная трубка распадаются на отдельные клетки, большая часть которых подвергается фагоцитозу. От нервной системы личинки остается лишь группа клеток, дающая начало нервному узлу. Строение тела взрослой асцидии, ведущей прикрепленный образ жизни, нисколько не на­поминает обычные черты организации хордовых живот­ных. Только знание особенностей онтогенеза позволяет определить систематическое положение асцидий. Строе­ние личинки указывает на происхождение их от хордо­вых животных, которые вели свободный образ жизни. В процессе метаморфоза асцидии переходят к сидячему образу жизни, в связи с чем упрощается их организа­ция. Личиночную форму амфибий представляет собой го­ловастик, характерные черты строения кото­рого — наличие жаберных щелей, боковой линии, двух­камерного сердца, одного круга кровообращения. В процессе метаморфоза, происходящего под влиянием гор­мона щитовидной железы, рассасывается хвост, появ­ляются конечности, исчезает боковая линия, развивают­ся легкие и второй круг кровообращения, перестраивается череп. Обращает внимание сходство ряда черт строения головастиков с организацией рыб (боковая линия, строение сердца и кровеносной системы, жабер­ные щели). Примером метаморфоза служит также развитие на­секомых. Гусеницы бабочек или личинки стрекоз резко отличаются по строению, образу жизни и среде обитания от взрослых животных. Таким образом, метаморфоз связан с переменой об­раза жизни или среды обитания. Значение метаморфоза заключается в том, что личинки могут самостоятельно питаться и растут, накапливая клеточный материал для формирования постоянных органов, свойственных взрослым животным. Кроме того, свободноживущие ли­чинки прикрепленных или паразитических животных играют важную роль в расселении вида, в расширении их ареала. Смена образа жизни или среды обитания в ряде случаев указывает на события, имевшие место в филогенезе (у асцидий, амфибий).

27. Бэр отчетливо пишет, что "эмбрион высших форм животных никогда не похож на низшее животное, а лишь на зародыш этих форм". Автор, однако, не приписывает этого сходства зародышей какому-то родству, а считает, что при эмбриональном развитии вначале проявляются общие признаки, свойственные большей группе животных, а затем признаки все более специальные. Материал, однообразный в процессе развития, преобразуется в материал все более дифференцированный, гетерогенный. "Структура гетерогенная, специальная, развивается из более однородной, общей, путем постепенного изменения".

Хотя Бэр еще перед выступлением Дарвина высказывал воззрения, свидетельствовавшие о том, что определенные эволюционные концепции не были ему чужды, он не был эволюционистом и позже открыто выступал против теории Дарвина. Он никогда не пытался даже объяснить сходства зародышей разных животных с точки зрения эволюции, а лишь с точки зрения принятой им теории развития от однородной стадии к дифференцированной. В этом духе следует тоже интерпретировать его высказывание:

"Зародыш позвоночного уже с самого начала является позвоночным и никогда не проявляет сходства с беспозвоночным животным. Мы не знаем такого животного, которое бы относилось к позвоночным, а гистологически и морфологически было бы так мало дифференцировано, как эмбрионы позвоночных. Поэтому эмбрионы позвоночных животных в своем развитии никогда не претерпевают никаких изменений форм животных... Зародыши млекопитающих, птиц, ящериц и змей, а также, вероятно, черепах на ранних стадиях развития, необыкновенно похожи друг на друга как по внешнему виду, так и развитию отдельных органов, настолько, что эти зародыши можно различить только по их величине.

28. Эмбриональный период является самым важным и самым уязвимым в жизни плода. Хотя он и длится всего два месяца, в это время у зародыша происходит формирование всех его основных органов и систем - органогенез (т. е. зарождение органов). Сейчас зародыш чрезвычайно чувствителен к воздействию неблагоприятных факторов, которые могут привести к крупным порокам развития. В первые 8 недель жизни плод еще не имеет самостоятельных функций, поэтому его благополучие целиком зависит от организма матери. Для плода материнский организм является внешней средой. Ребенок целиком зависит от ее качества.

Неблагоприятное влияние на ребенка могут оказать различные острые или хронические заболевания матери, а также вредные привычки родителей — курение, алголизм, наркомания.

Материнское курение - риск для обоих, матери и ребенка. Курение (независимо от количества сигарет) во время беременности увеличивает риск ее неблагоприятного завершения почти в 2 раза! После выкуренной женщиной сигареты наступает спазм кровеносных сосудов плаценты и плод находится в состоянии кислородного голодания несколько минут. Все токсичные компоненты табачного дыма легко проникают в плаценту, и в связи с недостатком доставляемого количества кислорода происходит задержка внутриутробного развития плода. Причем концентрация всех токсических компонентов в организме плода гораздо выше, чем в крови матери. Осложнения беременности и родов, самопроизвольные аборты, трубная беременность, преждевременные роды происходят значительно чаще у курящих женщин. Курящие женщины рискуют родить чрезмерно возбудимого ребенка с симптомами гиперактивности и дефицита внимания. Для этих детей уже в раннем возрасте характерны импульсивность и повышенная раздражительность, даже уровень интеллектуального развития у них ниже среднего. Малыши, рожденные курящими мамами, более восприимчивы к болезням дыхательных путей, к респираторным заболеваниям, на треть чаще, чем все остальные, рискуют заполучить диабет или ожирение.

Употребление алкоголя во время беременности значительно повышает риск рождения недоношенных детей, а в наиболее тяжелых случаях - развитию фетального алкогольного синдрома.

Попадая в кровь плода, алкоголь прежде всего поражает его мозг, печень, сосудистую систему и железы внутренней секреции. Концентрация алкоголя в крови плода достигает 80-100% от содержания его в крови матери. У плода еще не развиты те системы, которые обезвреживают алкоголь в организме взрослого человека, поэтому его повреждающее воздействие на плод будет гораздо сильнее и длительнее. В результате неизбежно возникают множественные уродства плода, совместимые или несовместимые с его жизнью. Прежде всего страдает мозг ребенка, те его структуры, которые определяют умственную деятельность.

Дети с алкогольным синдромом - совокупностью врожденных патологических признаков у плода - отстают в умственном и физическом развитии. Рождение детей с уродствами, эпилепсией, умственной отсталостью часто связывают и с алкоголизмом отца: у мужчин постепенно под влиянием частых приемов алкоголя происходит перерождение внутренних органов, наступают необратимые изменения в печени, сосудах сердца, половых железах. Дети у них рождаются ослабленными, часто и долго болеют, отстают в физическом и умственном развитии.

Если отравление наркотиками в первые 3 месяца беременности приводит к разнообразным аномалиям скелетно-мышечной системы, почек, сердца и других органов ребенка, то в более поздние сроки наблюдается задержка роста плода. У 30-50% матерей-наркоманок младенцы имеют низкую массу тела.У плода, при употреблении наркотиков матерью, может сформироваться физическая. зависимость от наркотических веществ. В этом случае ребенок рождается с синдромом абстиненции, который возникает из-за прекращения регулярного поступления наркотиков в его организм после рождения. Ребенок возбужден, пронзительно кричит, часто зевает, чихает. У него повышена температура, изменен по сравнению с нормой мышечный тонус.
Из-за длительной внутриутробной гипоксии дети у матерей-наркоманок рождаются с нарушениями дыхания, расстройствами деятельности центральной нервной системы, разнообразными пороками развития.

Солнечное излучение Негативное воздействие: Вот уже более 10 лет практически все разумное население Земли находилось в абсолютной уверенности, что загорать и вообще находиться на солнце крайне вредно. Проблема повышенного солнечного излучения особенно актуальна для чувствительного организма беременной женщины. Переизбыток солнечного воздействия ведет к образованию родинок, общему старению кожи, снижению иммунологической защиты. Кроме того, у многих женщин во время беременности и родов снижается острота зрения, а прямые солнечные лучи могут усугубить этот процесс. Нельзя беременным забывать и о тепловом воздействии солнца (или ламп солярия, если этот способ загара женщине предпочтительнее). В I триместре, во время эмбрионального периода внутриутробного развития, зародыш наиболее чувствителен к тератогенным факторам. А солнечная радиация — один из них. Особенно плохо влияет перегрев и излучение на центральную нервную систему плода. И в совокупности с другими причинами солнечное воздействие может стать причиной тяжелых пороков развития плода.

Обратная сторона проблемы: Все не так страшно. Британские ученые утверждают, что полный отказ от солнечных ванн и загара может привести к дефициту витамина D в организме. А тотальный недостаток этого важнейшего элемента, в свою очередь, опасен для некоторых людей повышенной ломкостью костей, психическими, сердечно-сосудистыми и другими заболеваниями. Поэтому будущая мама не должна полностью отказываться от солнца, ведь у нее каждый витаминчик на счету — они необходимые «кирпичики» для организма ребенка. Для беременных компромиссным вариантом пребывания на солнце является использование специальных солнцезащитных и ухаживающих кремов, разрешенных к применению во время беременности, а также качественные солнцезащитные очки.

Радиактивное излучение и его опасность

При попадание радиоактивных веществ внутрь организма поражающее действие оказывают в основном альфа-источники, а затем и бетта-источники,

Крайне чувствителен к действию радиации мозг плода, особенно если мать подвергается облучению между восьмой и пятнадцатой неделями беременности. В этот период у плода формируется кора головного мозга, и существует большой риск того, что в результате облучения матери (например, рентгеновскими лучами) родится умственно отсталый ребенок. Именно таким образом пострадали примерно 30 детей, облученных в период внутриутробного развития во время атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки.

29. Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости - двух противоположных и вместе с тем неразрывно связанных между собой процессов, свойственных всему живому на Земле.

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых организмов — наследственность и изменчивость.

Обычно наследственность oпределяется как свойство родителей передавать свои признаки и особенности развития следующему поколению. Каждый вид животных или растений сохраняет в ряду поколений характерные для него черты.

Обеспечение преемственности свойств — лишь одна из сторон наследственности; вторая сторона обеспечение точной передачи специфического для каждого организма типа развития, становления в ходе онтогенеза определенных признаков и свойств, oпределенного типа обмена веществ. Клетки, через которые осуществляется преемственность поколений, — половые при половом размножении и соматические при бесполом - несут в себе только зачатки, возможности развития признаков и свойств. Эти зачатки получили название генов.

Ген - это участок молекулы ДНК (или участок хромосомы), определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. Из этого определения следует, что при наличии в организме (генотипе) какого-либо гена признак обусловленный этим геном, может и не проявиться. Возможность развития признаков в значительной степени зависит от условий внешней среды. Следовательно, генетика изучает и условия проявления действия генов. У всех организмов данного вида каждый ген располагается в одном и том же месте (или локусе) строго определенной хромосомы. В гаплоидном наборе хромосом имеется только один ген, определяющий развитие данного признака. В диплоидном наборе хромосом (в соматических клетках) две гомологичные хромосомы и соответственно два гена определяют развитие одного какого-то признака.

22.07.1822 – родился Грегор Иоганн МЕНДЕЛЬ (GregorJohannMendel) (1822-1884) – австрийский аббат и естествоиспытатель, основоположник генетики (законы Менделя). В 1843 году окончил философские классы при университете в Ольмюце и постригся в монахи Августинского монастыря св. Фомы в Брюнне (ныне Брно, Чехия). Служил помощником пастора, преподавал естественную историю и физику в школе. В 1851–1853 гг. был вольнослушателем в Венском университете, где изучал физику, химию, математику, зоологию, ботанику и палеонтологию. По возвращении в Брюнн работал помощником учителя в средней школе до 1868 года, когда стал настоятелем монастыря.

Свои эксперименты по скрещиванию разных сортов гороха, различающихся по единичным, строго определенным признакам (например, по форме и окраске семян), Мендель начал в 1856 году. Точный количественный учет всех типов гибридов и статистическая обработка результатов опытов, которые он проводил в течение 10 лет, позволили ему сформулировать основные закономерности наследственности признаков – расщепление и комбинирование наследственных «факторов». О результатах своих экспериментов Мендель сообщил Брюннскому обществу естествоиспытателей весной 1865 года, а через год опубликовал статью. На заседании не было задано ни одного вопроса, а статья не получила ни одного отклика. О ней вспомнили в 1900 году сразу трое – Х. де Фриз (Голландия), К. Корренс (Германия) и Э. Чермак (Австрия), которые провели собственные опыты и собственно сформулировали законы Менделя, умершего за 16 лет до того. Умер 6 января 1884 года. В XX столетии в монастыре св. Фомы в чешском городе Брно был открыт Менделевский музей генетики.