Спадкова мінливість визначення. Види спадкової мінливості

У еволюційної теорії Дарвіна причиною еволюції є спадкова мінливість, а рушійними силами еволюції - боротьба існування та природний добір. При створенні еволюційної теорії Ч. Дарвін багаторазово звертається до результатів селекційної практики. Він показав, що в основі різноманіття сортів та порід лежить мінливість. Мінливість – процес виникнення відмінностей у нащадків у порівнянні з предками, які зумовлюють різноманіття особин у межах сорту, породи. Дарвін вважає, що причинами мінливості є вплив на організми факторів зовнішнього середовища (прямий і непрямий), а також природа самих організмів (оскільки кожен з них специфічно реагує на вплив зовнішнього середовища). Мінливість служить основою утворення нових ознак у будові та функціях організмів, а спадковість закріплює ці ознаки Дарвін, аналізуючи форми мінливості, виділив серед них три: певну, невизначену та корелятивну.

Певна, або групова, мінливість - це мінливість, що виникає під впливом будь-якого фактора середовища, що діє однаково на всі особини сорту або породи, що змінюється у певному напрямку. Прикладами такої мінливості можуть бути збільшення маси тіла у особин тварин при гарному годівлі, зміна волосяного покриву під впливом клімату тощо. буд. Вона не спадкова, т. е. у нащадків зміненої групи за інших умов набуті батьками ознаки не успадковуються.

Невизначена, чи індивідуальна, мінливість проявляється специфічно в кожної особини, тобто. одинична, індивідуальна за характером. З нею пов'язані відмінності у особин одного й того самого сорту чи породи, що у подібних умовах. Дана форма мінливості невизначена, тобто ознака в тих самих умовах може змінюватися в різних напрямках. Наприклад, в одного сорту рослин з'являються екземпляри з різним забарвленням квіток, різною інтенсивністю забарвлення пелюсток тощо. Причина такого явища Дарвіну була невідома. Невизначена мінливість має спадковий характер, т. е. стійко передається потомству. У цьому полягає її важливе значення для еволюції.

При корелятивній, або співвідносній, мінливості зміна в якомусь одному органі є причиною змін в інших органах. Наприклад, у собак з погано розвиненим вовняним покривом зазвичай недорозвинені зуби, у голубів з опереними ногами є перетинки між пальцями, у голубів з довгим дзьобом зазвичай довгі ноги, білі кішки з блакитними очима зазвичай глухі і т. д. З факторів корелятивної мінливості Дарвін важливий висновок: людина, відбираючи якусь особливість будови, майже «напевно, ненавмисно змінюватиме й інші частини організму на підставі таємничих законів кореляції».

Визначивши форми мінливості, Дарвін дійшов висновку, що з еволюційного процесу важливі лише спадкові зміни, оскільки вони можуть накопичуватися з покоління до покоління. Згідно з Дарвіном, основні фактори еволюції культурних форм - це спадкова мінливість і відбір, що виробляється людиною (такий відбір Дарвін назвав штучним). Мінливість - необхідна передумова штучного відбору, але вона не визначає утворення нових порід та сортів.

Статті та публікації:

Центральна нервова система. Спинний мозок
Спинний мозок є нервовий тяж, що лежить всередині хребетного каналу від рівня потиличного отвору до рівня 1-2-го поперекових хребців. Він закінчується мозковим конусом, який переходить у кінцеву нитку, що спускається до...

Коротка історія виникнення генетично модифікованих організмів
Витоки розвитку генної інженерії рослин лежать у 1977 році, коли і відбулося відкриття, що дозволило використовувати ґрунтовий мікроорганізм Agrobacterium tumefaciens як знаряддя введення чужих генів в інші рослини. 1987 року був...

Властивості білка, виділення
Властивості. Фізично-хімічні властивості білків визначаються їх високомолекулярною природою, компактність укладання поліпептидних ланцюгів та взаємним розташуванням залишків амінокислот. Молекулярна маса варіюється від 5 до 1 млн., а констант.

4. РОЛЬ СПАДЩОЇ ЗМІННОСТІ В ЕВОЛЮЦІЇ ВИДІВ І ЇЇ ФОРМИ

У еволюційної теорії Дарвіна причиною еволюції є спадкова мінливість, а рушійними силами еволюції - боротьба існування та природний добір. При створенні еволюційної теорії Ч. Дарвін багаторазово звертається до результатів селекційної практики. Він показав, що в основі різноманіття сортів та порід лежить мінливість. Мінливість – процес виникнення відмінностей у нащадків у порівнянні з предками, які зумовлюють різноманіття особин у межах сорту, породи. Дарвін вважає, що причинами мінливості є вплив на організми факторів зовнішнього середовища (прямий і непрямий), а також природа самих організмів (оскільки кожен з них специфічно реагує на вплив зовнішнього середовища). Мінливість служить основою утворення нових ознак у будові та функціях організмів, а спадковість закріплює ці ознаки Дарвін, аналізуючи форми мінливості, виділив серед них три: певну, невизначену та корелятивну.

Певна, або групова, мінливість - це мінливість, що виникає під впливом будь-якого фактора середовища, що діє однаково на всі особини сорту або породи, що змінюється у певному напрямку. Прикладами такої мінливості можуть бути збільшення маси тіла у особин тварин при гарному годівлі, зміна волосяного покриву під впливом клімату тощо. буд. Вона не спадкова, т. е. у нащадків зміненої групи за інших умов набуті батьками ознаки не успадковуються.

Невизначена, чи індивідуальна, мінливість проявляється специфічно в кожної особини, тобто. одинична, індивідуальна за характером. З нею пов'язані відмінності у особин одного й того самого сорту чи породи, що у подібних умовах. Дана форма мінливості невизначена, тобто ознака в тих самих умовах може змінюватися в різних напрямках. Наприклад, в одного сорту рослин з'являються екземпляри з різним забарвленням квіток, різною інтенсивністю забарвлення пелюсток тощо. Причина такого явища Дарвіну була невідома. Невизначена мінливість має спадковий характер, т. е. стійко передається потомству. У цьому полягає її важливе значення для еволюції.

При корелятивній, або співвідносній, мінливості зміна в якомусь одному органі є причиною змін в інших органах. Наприклад, у собак з погано розвиненим вовняним покривом зазвичай недорозвинені зуби, у голубів з опереними ногами є перетинки між пальцями, у голубів з довгим дзьобом зазвичай довгі ноги, білі кішки з блакитними очима зазвичай глухі і т. д. З факторів корелятивної мінливості Дарвін важливий висновок: людина, відбираючи якусь особливість будови, майже «напевно, ненавмисно змінюватиме й інші частини організму на підставі таємничих законів кореляції».

Визначивши форми мінливості, Дарвін дійшов висновку, що з еволюційного процесу важливі лише спадкові зміни, оскільки вони можуть накопичуватися з покоління до покоління. Згідно з Дарвіном, основні фактори еволюції культурних форм - це спадкова мінливість і відбір, що виробляється людиною (такий відбір Дарвін назвав штучним). Мінливість - необхідна передумова штучного відбору, але вона не визначає утворення нових порід та сортів.

ВИСНОВОК

Таким чином Дарвін вперше в історії біології побудував теорію еволюції. Це мало велике методологічне значення і дозволило як наочно і переконливо для сучасників обгрунтувати ідею органічної еволюції, а й перевірити справедливість самої теорії еволюції. Це була вирішальна фаза однієї з найбільших концептуальних революцій у природознавстві. Найголовнішим у цій революції була заміна теологічної ідеї еволюції як уявлення про початкову доцільність моделлю природного відбору. Незважаючи на запеклу критику, теорія Дарвіна швидко завоювала визнання завдяки тому, що концепція історичного розвитку живої природи краще, ніж уявлення про незмінність видів, пояснювало факти, що спостерігаються. Для обґрунтування своєї теорії Дарвін на відміну від своїх попередників, залучив величезну кількість доступних йому фактів із різних областей. Висунення першому плані біотичних відносин та його популяційно-еволюційна інтерпретація була найважливішим нововведенням дарвінівської концепції еволюції і дає право на висновок, що Дарвін створив свою концепцію боротьби за існування, принципово відмінну від ідей попередників Вчення Дарвіна про еволюцію органічного світу було першою теорією розвитку, «природно-історичним матеріалізмом у надрах природознавства, першим застосуванням принципу розвитку до самостійної галузі природничих наук». У цьому загальнонаукове значення дарвінізму.

Заслуга Дарвіна у тому, що він розкрив рушійні сили органічної еволюції. Подальший розвиток біології поглибив і доповнив його уявлення, що стали основою сучасного дарвінізму. У всіх біологічних дисциплінах чільне місце займає тепер історичний метод дослідження, що дозволяє вивчати конкретні шляхи еволюції організмів і глибоко проникати у істоту біологічних явищ. Еволюційна теорія Ч. Дарвіна знайшла широке застосування в сучасній синтетичній теорії, де єдиним напрямним фактором еволюції залишається природний відбір, матеріалом для якого є мутації. Історичний аналіз теорії Дарвіна неминуче породжує нові методологічні проблеми науки, які можуть бути предметом спеціального дослідження. Вирішення цих проблем тягне у себе розширення галузі знань, отже, і науковий прогрес у багатьох галузях: як і біології, медицині, і у психології, яку еволюційна теорія Ч. Дарвіна справила не менший вплив, ніж природничі науки.

Список використаної літератури

1. Алексєєв В.А. Основи дарвінізму (історичне та теоретичне введення). - М., 1964.

2. Велісов Є.А. Чарльз Дарвін. Життя, діяльність та праці основоположника еволюційного вчення. - М., 1959.

3. Данилова В.С., Кожевніков Н.М. Основні концепції природознавства. - М.: Аспект Прес, 2000. - 256 с.

4. Дворянський Ф.А. Дарвінізм. - М.: МДУ, 1964. - 234 с.

5. Лемеза Н.А., Камлюк Л.В., Лісов Н. Д. Посібник для вступників до вузів. - М.: Рольф, Айріс-прес, 1998. - 496 с.

6. Мамонтов С.Г. Біологія: посібник для вступників до вузів. -М.: Вища школа, 1992. - 245 c.

7. Рузавін Г.І. Концепції сучасного природознавства: Курс лекцій. - М.: Проект, 2002. - 336 с.

8. Садохін А.П. Концепція сучасного природознавства. - М., 2005.

9. Слопов Є.Ф. Концепція сучасного природознавства. - М.: Владос, 1999. - 232 с.

10. Смигіна С.І. Концепція сучасного природознавства. - Ростов н / Д., 1997.

Якимись частками, що передаються від батьків нащадкам. Тепер називаємо ці частки генами. Ідея корпускулярної спадковості має значення для розуміння того, яким чином природний відбір діє в популяціях. Еволюцію можна як зміни будь-якої якості даної популяції з часом. У певному філософському сенсі в цьому і полягає суть еволюції. ...

Їх до умов, що змінилися, прагнули б зберегтися, і природний відбір мав би повний простір для своєї поліпшуючої дії. 1. ПРИРОДНИЙ ВІДБІР ЯК ЕЛЕМЕНТАРНИЙ ЕВОЛЮЦІЙНИЙ ФАКТОР Збереження сприятливих індивідуальних відмінностей та змін та знищення шкідливих я назвав природним відбором чи переживанням найбільш пристосованих Ч. Дарвін У сучасному розумінні...

Збереження та накопичення малих спадкових змін, кожна з яких вигідна для істоти, що зберігається. Обставини, які сприяють утворенню нових форм у вигляді природного добору. Значна частина мінливості, зрозуміло, і індивідуальні відмінності будуть, очевидно, бути сприятливою обставиною. Велика кількість особин, збільшуючи шанси появи в...

А тому вони відіграють важливішу роль в еволюції. Принципово важливе значення має те що, що це мутації випадкові, інакше кажучи, де вони направлены. 3. Центральна догма та принцип Вейсмана приймаються. 4. Еволюція здійснюється шляхом зміни частот генів. 5. Ці зміни можуть відбуватися в результаті мутацій, надходження генів у популяцію та відтоку їх з неї, випадкового дрейфу та...

Підручник відповідає Федеральному державному освітньому стандарту середньої (повної) загальної освіти, рекомендований Міністерством освіти і науки РФ та включений до Федерального переліку підручників.

Підручник адресований учням 10 класу та розрахований на викладання предмета 1 або 2 години на тиждень.

Сучасне оформлення, багаторівневі питання та завдання, додаткова інформація та можливість паралельної роботи з електронним додатком сприяють ефективному засвоєнню навчального матеріалу.

Книга:

Згадайте!

Наведіть приклади ознак, що змінюються під впливом довкілля.

Що таке мутація?

Мінливість– одна з найважливіших властивостей живого, здатність живих організмів набувати відмінностей від особин як інших видів, і свого виду.

Розрізняють два види мінливості: неспадкова(фенотипова, або модифікаційна) та спадкова(генотипова).

Неспадкова (модифікаційна) мінливість.Цей вид мінливості є процесом появи нових ознак під впливом факторів зовнішнього середовища, які не зачіпають генотип. Отже, видозміни ознак, що виникають при цьому, – модифікації – у спадок не передаються (рис. 93). Два однояйцеві (монозиготні) близнюки, які мають абсолютно однакові генотипи, але волею долі виросли в різних умовах, можуть сильно відрізнятися один від одного. Класичним прикладом, що доводить вплив довкілля в розвитку ознак, є стрелолист. У цієї рослини розвивається три види листя залежно від умов зростання – на повітрі, у товщі води або на її поверхні.

Мал. 93. Листя дуба, що виросли при яскравій освітленості (А) та в затіненому місці (Б)

Мал. 94. Зміна фарбування вовни гімалайського кролика під впливом різних температур

Під впливом температури навколишнього середовища змінюється фарбування шерсті у гімалайського кролика. Ембріон, розвиваючись в утробі матері, знаходиться в умовах підвищеної температури, яка руйнує фермент, необхідний для синтезу пігменту, тому кролики народжуються білими. Незабаром після народження окремі частини тіла, що виступають (ніс, кінчики вух і хвоста) починають темніти, тому що там температура нижче, ніж в інших місцях, і фермент не руйнується. Якщо вищипати ділянку білої вовни та охолодити шкіру, на цьому місці зросте чорна вовна (рис. 94).

У подібних умовах середовища у генетично близьких організмів модифікаційна мінливість має груповий характерНаприклад, у літній період у більшості людей під впливом УФ-променів у шкірі відкладається захисний пігмент – меланін, люди засмагають.

В одного і того ж виду організмів під впливом умов довкілля мінливість різних ознак може бути абсолютно різною. Наприклад, у великої рогатої худоби надою молока, маса, плодючість дуже сильно залежать від умов годівлі та вмісту, а, наприклад, жирність молока під впливом зовнішніх умов змінюється дуже мало. Прояви модифікаційної мінливості кожної ознаки обмежені своєю нормою реакції. Норма реакції- Це межі, в яких можлива зміна ознаки даного генотипу. На відміну від самої модифікаційної мінливості, норма реакції успадковується, та її межі різні до різних ознак й у окремих індивідів. Найбільш вузька норма реакції характерна для ознак, які забезпечують життєво важливі якості організму.

Завдяки тому, що більшість модифікацій мають пристосувальне значення, вони сприяють адаптації - пристосуванню організму в межах норми реакції до існування в умовах, що змінюються.

Спадкова (генотипова) мінливість.Цей вид мінливості пов'язаний із змінами генотипу, і ознаки, набуті внаслідок цього, передаються у спадок наступним поколінням. Існує дві форми генотипічної мінливості: комбінативна та мутаційна.

Комбінативна мінливість полягає у появі нових ознак у результаті утворення інших комбінацій генів батьків у генотипах нащадків. У основі цього виду мінливості лежить незалежне розбіжність гомологічних хромосом у першому мейотичному розподілі, випадкова зустріч гамет в однієї й тієї батьківської пари при заплідненні і випадковий підбір батьківських пар. Також призводить до перекомбінації генетичного матеріалу і підвищує мінливість обміну ділянками гомологічних хромосом, що відбувається в першій профазі мейозу. Таким чином, у процесі комбінативної мінливості структура генів і хромосом не змінюється, проте нові поєднання алелів призводять до утворення нових генотипів і, як наслідок, появи нащадків з новими фенотипами.

Мутаційна мінливість виявляється у появі нових якостей організму внаслідок утворення мутацій. Вперше термін «мутація» запровадив 1901 р. голландський ботанік Гуго де Фріз. Відповідно до сучасних уявлень мутації- це раптові природні або викликані штучно успадковані зміни генетичного матеріалу, що призводять до зміни тих чи інших ознак фенотипу і властивостей організму. Мутації мають ненаправлений, т. е. випадковий, характером і є найважливішим джерелом спадкових змін, без яких неможлива еволюція організмів. Наприкінці XVIII ст. в Америці народилася вівця з укороченими кінцівками, що дала початок новій анконській породі (рис. 95). У Швеції на початку XX ст. на звірівницькій фермі народилася нірка з платиновим забарвленням хутра. Величезне розмаїття ознак у собак та котів – це результат мутаційної мінливості. Мутації виникають стрибкоподібно, як нові якісні зміни: з остистої пшениці утворилася безоста, у дрозофіли з'явилися короткі крила і смугоподібні очі, у кроликів з природного забарвлення агуті в результаті мутацій виникло біле, коричневе, чорне забарвлення.

За місцем виникнення розрізняють соматичні та генеративні мутації. Соматичні мутаціївиникають у клітинах тіла та не передаються при статевому розмноженні наступним поколінням. Прикладами таких мутацій є пігментні плями та бородавки шкіри. Генеративні мутаціїз'являються у статевих клітинах і передаються у спадок.

Мал. 95. Вівця анконської породи

За рівнем зміни генетичного матеріалу розрізняють генні, хромосомні та геномні мутації. Генні мутаціївикликають зміни в окремих генах, порушуючи порядок нуклеотидів у ланцюзі ДНК, що призводить до синтезу зміненого білка.

Хромосомні мутаціїторкаються значної ділянки хромосоми, порушуючи функціонування відразу багатьох генів. Окремий фрагмент хромосоми може подвоїтися чи загубитися, що викликає серйозні порушення у роботі організму, до загибелі ембріона на ранніх стадіях розвитку.

Геномні мутаціїпризводять до зміни числа хромосом внаслідок порушень розбіжності хромосом у поділах мейозу. Відсутність хромосоми чи наявність зайвої призводить до несприятливих наслідків. Найбільш відомим прикладом геномної мутації є синдром Дауна, порушення розвитку, яке виникає за появи зайвої 21-ї хромосоми. У таких людей загальна кількість хромосом дорівнює 47.

У найпростіших і рослин часто спостерігається збільшення числа хромосом, кратне гаплоїдному набору. Така зміна хромосомного набору має назву поліплоїдія(Мал. 96). Виникнення поліплоїдів пов'язане, зокрема, з нерозбіжністю гомологічних хромосом у мейозі, внаслідок чого у диплоїдних організмів можуть утворюватися не гаплоїдні, а диплоїдні гамети.

Мутагенні фактори.Здатність мутувати - це одна з властивостей генів, тому мутації можуть виникати у всіх організмів. Одні мутації несумісні з життям, і ембріон, що їх отримав, гине ще в утробі матері, інші викликають стійкі зміни ознак, різною мірою значущі для життєдіяльності особини. У звичайних умовах частота мутування окремого гена надзвичайно мала (10 -5), але існують фактори середовища, які значно збільшують цю величину, викликаючи незворотні порушення у структурі генів та хромосом. Чинники, вплив яких живі організми призводить до збільшення частоти мутацій, називають мутагенними чинниками чи мутагенами.

Мал. 96. Поліплоїдія. Квітки хризантеми: А – диплоїдна форма (2 n); Б – поліплоїдна форма

Усі мутагенні фактори можна поділити на три групи.

Фізичними мутагенамиє всі види іонізуючих випромінювань (?-промені, рентгенівські промені), ультрафіолетове випромінювання, висока та низька температури.

Хімічні мутагени– це аналоги нуклеїнових кислот, перекису, солі важких металів (свинцю, ртуті), азотиста кислота та деякі інші речовини. Багато з цих сполук викликають порушення редуплікації ДНК. Мутагенну дію надають речовини, що використовуються у сільському господарстві для боротьби зі шкідниками та бур'янами (пестициди та гербіциди), відходи промислових підприємств, окремі харчові барвники та консерванти, деякі лікарські препарати, компоненти тютюнового диму.

У Росії її та інших країнах світу створено спеціальні лабораторії та інститути, перевіряють на мутагенність дедалі нові синтезовані хімічні сполуки.

До групи біологічних мутагеніввідносять чужорідну ДНК та віруси, які, вбудовуючись у ДНК господаря, порушують роботу генів.

Питання для повторення та завдання

1. Які види мінливості вам відомі?

2. Що таке норма реакції?

3. Поясніть, чому фенотипічна мінливість не передається у спадок.

4. Що таке мутація? Охарактеризуйте основні властивості мутацій.

5. Наведіть класифікацію мутацій за рівнем змін спадкового матеріалу.

6. Назвіть основні групи мутагенних факторів. Наведіть приклади мутагенів, які стосуються кожної групи. Оцініть, чи є у навколишньому середовищі мутагенні фактори. До якої групи мутагенів вони належать?

Подумайте! Виконайте!

1. Як ви вважаєте, чи можуть фактори довкілля вплинути на розвиток організму, що несе летальну мутацію?

2. Чи може комбінативна мінливість виявитися у відсутності статевого процесу?

3. Обговоріть у класі, які є способи зниження дії мутагенних факторів на людину в сучасному світі.

4. Чи можете ви навести приклади модифікацій, які не мають адаптивного характеру?

5. Поясніть людині, яка не знайома з біологією, чим мутації відрізняються від модифікацій.

6. Виконайте дослідження: «Вивчення модифікаційної мінливості у учнів (на прикладі температури тіла та частоти пульсу, що періодично вимірюються протягом 3 діб)».

Робота з комп'ютером

Зверніться до електронної програми. Вивчіть матеріал та виконайте завдання.

Спадковість - це властивість живих організмів зберігати та передавати ознаки у ряді поколінь. Завдяки спадковості з покоління до покоління зберігаються ознаки виду, породи.

Спадкова мінливість (мутаційна чи генотипна) пов'язана зі зміною генотипу особини, тому зміни, що виникають, успадковуються. Вона є матеріалом для природного відбору. Дарвін назвав цю спадковість невизначеною. Основою спадкової мінливості є мутації - раптові стрибкоподібні та неспрямовані зміни вихідної форми. Вони ведуть до появи у живих організмів якісно нових спадкових ознак та властивостей, яких раніше у природі не існувало. Джерело спадкової мінливості – мутаційний процес. Розрізняють кілька типів мутацій: геномні, хромосомні та генні.

Геномні мутації (поліплоїдія та анеуплоїдія) - Це зміни числа хромосом. Поліплоїдія - це кратне збільшення гаплоїдного набору хромосом (Зп, 4п і т.д.). Найчастіше поліплоїдія утворюється при порушенні розбіжності хромосом до полюсів клітини в мейозі або мітоз під дією мутагенних факторів. Вона широко поширена у рослин і дуже рідко зустрічається у тварин.

Анеуплоїдія - Збільшення або зменшення числа хромосом по окремих парах. Вона виникає при нерозбіжності хромосом у мейозі або хроматид у мітозі. Анеуплоїди зустрічаються у рослин та тварин і характеризуються низькою життєздатністю.

Хромосомні мутації - Це зміни структури хромосом. Розрізняють такі види хромосомних мутацій:

Дефішенсія - Втрата кінцевих ділянок хромосом.

Делеції - Випадання ділянки плеча хромосом.

Дуплікація - повторення набору генів у певній ділянці хромосоми.

Інверсія поворот ділянки хромосом на 180 °.

Транслокація - перенесення ділянки до іншого кінця тієї ж хромосоми або до іншого, негомологічної хромосоми.

Генні мутації - Зміни нуклеотидної послідовності молекули ДНК (гена). Їх результат - зміна послідовності амінокислот у поліпелтидному ланцюзі, і поява білка з новими властивостями. Більшість генних мутацій фенотипно не проявляється, оскільки вони рецесивні.

Цитоплазматичні мутації - пов'язані зі змінами органоїдів цитоплазми, що містять ДНК (мітохондрії та пластиди). Ці мутації успадковуються по материнській лінії, т.к. зигота при оплсн-дотворенні всю цитоплазму отримує від яйцеклітини. Приклад: строкатість рослин пов'язана з мутаціями в хлороластах.

Значення в еволюції та в онтогенезі Мутації, що зачіпають статеві клітини (генеративні мутації), виявляються у наступному поколінні. Мутації соматичних клітин проявляються у тих органах, які включають змінені клітини. У тварин соматичні мутації не передаються у спадок, оскільки із соматичних клітин новий організм не виникає. У рослин, що розмножуються вегетативно, соматичні мутації можуть зберігатися. Мутаційна мінливість грає роль головного постачальника спадкових змін у еволюції. Саме вона є первинним матеріалом усіх еволюційних перетворень.

Генотипова мінливість та її види. Значення в онтогенезі та в еволюції.

Генотипова, або спадкова мінливість, є зміни фенотипу, обумовлені змінами генотипу.

Вона викликається мутаціями та їх комбінаціями при статевому розмноженні (наприклад, успадкована комолость у великої рогатої худоби).

Залежно від характеру варіювання генетичного матеріалу розрізняють комбінативну та мутаційну спадкову мінливість. Комбінативна мінливість обумовлена ​​утворенням у нащадків нових поєднань генів у генотипах, що формуються внаслідок перекомбінування генів та хромосом у процесі статевого розмноження. Нескінченна різноманітність генотипів живих організмів, унікальність кожного генотипу обумовлені комбінативною мінливістю. При цьому типі мінливості змінюються поєднання генів та характер їхньої взаємодії в генотипі, а самі гени залишаються незміненими.

Комбінативна мінливість , є результатом перекомбінування генів батьківських особин у генотипах нащадків, ґрунтується на трьох основних механізмах.

1. Незалежна розбіжність у дочірні клітини (сперматоцити II, ооцит II та перше редукційне тільце) гомологічних хромосом з кожної пари (має місце при I розподілі мейозу в ході гаметогенезу). Наприклад, навіть для 2-х пар хромосом можливі 2 варіанти розходження хромосом у дочірні клітини та 4 типи сперматозоїдів (рис. 76).

2. Випадкове поєднання гамет, отже, гомологічних (батьківської і материнської) хромосом при заплідненні. Для зазначених вище 4 типів сперміїв суто випадковим буде участь одного з них у заплідненні яйцеклітини, і різними будуть результати конкретного поєднання одного з варіантів чоловічих хромосом з одним (також з 4-х можливих, тому що три варіанти віднесені редукційними тільцями та припинили існування ) з варіантів гомологічних їм жіночих хромосом.

3. Обмін окремими алелями між гомологічними хромосомами у процесі кросинговеру мейозу. Після нього комбінації алелів у хромосомах сперміїв характеризуються новими варіантами, що відрізняються від таких соматичних клітин організму (рис. 77).

Кросинговер відбувається на початку мейозу, коли гомологічні хромосоми вишиковуються один проти одного. При цьому ділянки гомологічних хромосом перехрещуються, відриваються, а потім знову приєднуються, але вже до іншої хромосоми. Зрештою утворюються чотири хромосоми з різними комбінаціями генів. Хромосоми, які називають «рекомбінантними», несуть нові комбінації генів (Ab і аВ), які були відсутні у вихідних хромосомах (АВ і ab)

Комбінативна мінливість пояснює, чому в дітей віком виявляються нові поєднання ознак родичів по материнській і батьківській лініях, причому у таких конкретних варіантах, які були властиві ні батькові, ні матері, ні дідусеві, ні бабусі тощо.

Завдяки комбінативної мінливості створюється різноманітність генотипів у потомстві, що має значення для еволюційного процесу у зв'язку з тим, що: 1) збільшується різноманітність матеріалу для еволюційного процесу без зниження життєздатності особин; 2) розширюються можливості пристосування організмів до умов середовища, що змінюються, і тим самим забезпечується виживання групи організмів (популяції, виду) в цілому.

Комбінативна мінливість використовується у селекції з метою отримання більш цінного у господарському відношенні поєднання спадкових ознак. Зокрема, застосовується явище гетерозису, підвищення життєздатності, інтенсивності росту та інших показників при гібридизації між представниками різних підвидів або сортів. Протилежний ефект дає явищеінбридингу або близькоспорідненого схрещування - схрещування організмів, що мають спільні предки. Спільність походження схрещуваних організмів збільшує у них можливість наявності одних і тих же алелів будь-яких генів, а отже - можливість появи гомозиготних організмів. Найбільший ступінь інбридингу досягається при самозапиленні у рослин та самозаплідненні у тварин. Гомозиготність збільшує можливість прояву рецесивних алельних генів, мутагенні зміни яких призводять до появи організмів із спадковими аномаліями.

Результати вивчення явища комбінативної мінливості використовуються в медико-генетичному консультуванні, особливо на другому і третьому етапах: прогноз потомства, формування укладання та пояснення сенсу генетичного ризику.

Поряд із системами шлюбів виділяють два типи утворення шлюбних пар:

1) позитивне асортативне (виборче) освіту шлюбних пар, чи частіший одруження індивідуумів, подібних за певними фенотиповими ознаками (шлюби між глухонімими, чи подібними за зростанням, по розумовому розвитку тощо.);

2) негативне асортативне утворення шлюбних пар, або більш рідкісне одруження індивідуумів з подібними певними ознаками (наприклад, рудоволосі особини уникають одружуватися один з одним).

Як інбридинг, і позитивне асортативне освіту шлюбних пар підвищують (останнє, щоправда, меншою мірою) рівень гомозиготності нащадків, зокрема і з локусам шкідливих рецесивних алелей. Аутбридинг, навпаки, підвищує рівень гетерозиготності і у багатьох випадках підвищує рівень життєздатності. Можливі наслідки інбридингу та позитивного асортативного утворення шлюбних пар використовуються у медико-генетичному консультуванні потенційних шлюбних партнерів.

Мутації - це успадковані зміни генетичного матеріалу, що призводять до зміни ознак організму. Основи вчення про мутації закладені Г. де Фрізом вже в 1901 році, який описує мутації у елотери, проте їх молекулярні механізми вивчені значно пізніше. По Г. де Фрізу мутація - це стрибкоподібна, уривчаста зміна спадкової ознаки.

Суть мутаційної теорії Г. де Фріза зводиться до таких положень:

1) мутація виникає дискретно, без переходів;

2) нові форми константні;

3) мутації різноспрямовані (корисні та шкідливі);

4) виявлення мутацій залежить від розмірів вибірки організмів, що вивчаються;

5) одні й самі мутації можуть виникати повторно.

Мутаційні зміни надзвичайно різноманітні. Вони можуть торкатися практично всіх морфологічних, фізіологічних та біохімічних ознак організму, можуть викликати різкі або, навпаки, ледь помітні фенотипічні відхилення від норми.

В основі мутаційної мінливості лежать структурні зміни генів та хромосом. Залежно від характеру змін у генетичному матеріалі розрізняють:

1) генні (точкові) мутації, що являють собою вставку, випадання, заміну або зміну пари нуклеотидів;

2) інсерції - вставки («врізання») молекул ДНК або їх фрагментів у ген, що приводять найчастіше до його інактивації або сильного полярного ефекту в оперонах;

3) хромосомні перебудови, або аберації - перетворення структури хромосом, засновані на їхньому розриві;

4) геномні (генотипічні) мутації, які полягають у зміні числа хромосом у клітині.

Фенотипова мінливість та її види. Адаптивний характер модифікацій. Норма реакції ознаки. Експресивність та пенетрантність ознаки.

Модифікаційна (фенотипічна) мінливість обумовлена ​​впливом лише зовнішніх умов та не пов'язана зі зміною генотипу. Конкретні варіанти стану фенотипу за модифікаційної мінливості називають модифікаціями. Найбільший інтерес становлятьадаптивні модифікації - корисні для організму неуспадковані зміни, що сприяють його виживанню в умовах, що змінилися. На відміну від мутацій (рідкісних, поодиноких і випадкових подій), адаптивні модифікації спрямовані і водночас найчастіше оборотні, передбачувані і часто характерні для великих груп організмів. Основою існування модифікацій є те, що фенотип - це результат взаємодії генотипу та зовнішніх умов. Тому зміна зовнішніх умов може викликати зміни фенотипу, які не супроводжуються змінами генотипу. Механізм виникнення модифікацій полягає в тому, що умови середовища впливають на ферментативні реакції (метаболічні процеси), що протікають в організмі, що розвивається, і до певної міри змінюють їх перебіг, а, отже, і результат - стан ознаки, що формувався на їх основі.

Модифікації мають такі властивості:

1) ступінь вираженості модифікації пропорційна силі та тривалості дії на організм викликає фактор, що викликає модифікацію (ця закономірність докорінно відрізняє модифікації від мутацій, особливо генних);

2) у переважній більшості випадків модифікація є корисною пристосувальною реакцією організму у відповідь на дію того чи іншого зовнішнього фактора

3) адаптивними бувають ті модифікації , що викликаються звичайними змінами природних умов, з якими багаторазово «зіштовхувалися» предки особин даного виду протягом його минулої еволюційної історії;

4) модифікації, викликані експериментальними впливами особливо хімічними і фізичними чинниками, із якими організм зіштовхується у природі, зазвичай, немає пристосувального значення, а нерідко є пороки розвитку та потворності. Індуковані в такий спосіб модифікації часто називають морфозами.

5) на відміну від мутацій, що характеризуються високою константністю, модифікації мають різний ступінь стійкості. Чимало їх ми оборотні, тобто. зміни, що виникли, поступово зникають, якщо припиняється дія фактора, що їх викликав. Так, засмага у людини проходить, коли шкіра перестає піддаватися інсоляції, обсяг м'язів зменшується після припинення тренування тощо.

6) модифікації, на відміну мутацій, не передаються у спадок, тобто. мають неспадковий характер. Це узгоджується з «центральною догмою молекулярної біології» Ф. Крика, згідно з якою перенесення інформації можливе лише від генетичного матеріалу до генних продуктів-білків, але не у зворотному напрямку.

Зовнішні умови мають великий вплив на всі ознаки і властивості організму, що розвивається.

Норма реакції. При модифікаційній мінливості ознака може змінюватись у певних межах (діапазоні), характерних для кожного генотипу. Діапазон, в межах якого той самий генотип здатний зумовити розвиток різних фенотипів, називається нормою реакції. Іншими словами, нормаРеакція - це амплітуда можливої ​​мінливості онтогенезу організму з конкретним незміненим генотипом. Норму реакції найкраще спостерігати в організмів з однаковими генотипами, наприклад, у вегетативного рослин, що розмножуються, і однояйцевих близнюків. І тут можна виявити норму реакції генотипу у «чистому» вигляді. Норма реакції, контрольована генотипом, є наслідком еволюційного процесу.

Основними факторами, здатними забезпечувати варіювання ознак у межах норми реакції, є:

1) полігенна детермінація ознаки та реакції організму;

2) плейотропність дії гена;

3) залежність прояви мутації від умов середовища;

4) гетерозиготність організму;

5) взаємодія генів лише на рівні генних продуктів (субодиниць білкових молекул);

6) альтернативні шляхи розвитку в системі організму та здійснення біосинтезів у клітині (блокування одного шляху компенсується іншим).

Пенетрантність характеризується частотою чи ймовірністю прояви алелю певного гена та визначається відсотком особин популяції, у яких він фенотипно проявився. Розрізняють повну (прояв ознаки у всіх особин) та неповну (у частини) пенетрантність. Кількісно пенетрантність виражається часткою особин у відсотках, у яких даний аллель проявляється. Так, наприклад, пенетрантність уродженого вивиху стегна у людини становить 25%, це вказує на те, що лише у 1/4 генотипів, що несуть певний ген, проявляється його фенотипний ефект.

В основі неповної пенетрантності лежить взаємодія генетичних та середовищних причин. Знання пенетрантності певних алелів необхідне в медико-генетичному консультуванні визначення можливого генотипу «здорових» людей, у яких зустрічалися спадкові хвороби. До випадків неповної пенетрантності можна віднести прояви генів, які контролюють обмежені статтю та залежні від статі ознаки.

Експресивність (англ. expressivity) - ступінь фенотипового прояву гена, як міра сили його дії, що визначається за ступенем розвитку ознаки. Експресивність в обох статей може бути однаковою або різною, постійною або змінною, якщо вираженість ознаки при однаковому генотипі коливається від особи до особи. За відсутності мінливості ознаки, контрольованої даним алелем, говорять про постійну експресивність (однозначна норма реакції). Наприклад, алелі груп крові ABO у людини практично мають постійну експресивність. Інший вид експресивності – мінлива або варіабельна. У основі лежать різні причини: вплив умов внецгней середовища (модифікації), генотипної середовища (при взаємодії генів).

Ступінь експресивності оцінюється кількісно за допомогою статистичних показників. У випадках крайніх варіантів зміни експресивності (повна відсутність ознаки) використовують додаткову характеристику – пенетрантність. Хорея Гентінгтона може бути прикладом неповної пенетрантності та варіюючої експресивності прояву домінантного гена. Вік першої появи хореї Гентінгтона різноманітний. Відомо, що в деяких носіїв вона так і не проявиться (неповна пенетрантність), крім того, цей ген має експресивність, що варіює, так як носії хворіють у різному віці.

Модифікаційна мінливість забезпечує порівняно швидке формування в ході онтогенезу пристосувань організму до умов навколишнього середовища, що змінюються, сприяючи, тим самим, виживанню організму. Отже, модифікації є найважливішим чинником нормального перебігу та завершення онтогенезу живого організму.

Попри те що, що модифікації не успадковуються потомством, модифікаційна мінливість загалом має значення для еволюції органічного світу. Модифікації можуть бути під час природного відбору «прикриттям» для мутацій, фенотипове прояв яких дублює неспадкові зміни. Сприяючи виживанню організмів, модифікаційна мінливість сприяє збереженню та участі у репродукції конкретних особин із різноманітними генотипами. Поряд з цим модифікації сприяють освоєнню виглядом (популяцією) нових місцепроживання, що веде до розширення ареалу цієї групи організмів. Всі ці ефекти модифікацій сприяють еволюційному успіху виду чи популяції.

Людина, як специфічний об'єкт генетичних досліджень. Методи вивчення генетики. Медико-генетичний аспект шлюбу Медико-генетичне консультування. Значення генетики медицини.

Людина, як специфічний об'єкт генетичних досліджень. Вивчення генетики людини пов'язані з великими труднощами: складний каріотип – багато хромосом і груп зчеплення, пізніше статеве дозрівання і рідкісна зміна поколінь, мала потомство, неможливість експериментування, неможливість створення однакових умов життя. Незважаючи на все це, генетика людини вивчена на сьогодні краще, ніж генетика багатьох інших організмів (наприклад, ссавців) завдяки потребам медицини та різноманітним сучасним методам дослідження.

Методи вивчення :

Генеалогічний метод полягає у вивченні родоводів на основі менделівських законів успадкування і допомагає встановити характер успадкування ознаки (домінантний або рецесивний). Так встановлюють успадкування індивідуальних особливостей людини: рис особи, зростання, групи крові, розумового та психічного складу, а також деяких захворювань. Цим методом виявлено шкідливі наслідки близьких родинних шлюбів, які особливо проявляються при гомозиготності по тому самому несприятливому рецесивному алелю. У родинних шлюбах ймовірність народження дітей зі спадковими хворобами та рання дитяча смертність у десятки і навіть сотні разів вища за середню.

Близнюковий метод полягає у вивченні відмінностей між однояйцевими близнюками. Цей метод наданий самою природою. Він допомагає виявити вплив умов середовища на фенотип за однакових генотипів. Однояйцеві близнюки, що виросли в однакових умовах, мають разючу подібність не тільки в морфологічних ознаках, а й у психічних та інтелектуальних особливостях. За допомогою близнюкового методу виявлено роль спадковості у низці захворювань.

Популяційно-статистичний метод. Популяційна генетика вивчає генетичні різницю між окремими групами людей (популяціями), досліджує закономірності географічного поширення генів.

Цитогенетичний метод . заснований на вивченні мінливості та спадковості на рівні клітини та субклітинних структур. Встановлено зв'язок низки важких захворювань із порушеннями у хромосомах. Хромосомні порушення зустрічаються у 7 з кожної тисячі новонароджених, і вони ж призводять до загибелі ембріона (викидень) у першій третині вагітності в половині всіх випадків. Якщо дитина з хромосомними порушеннями народжується живою, то зазвичай страждає на важкі недуги, відстає в розумовому та фізичному розвитку.

Біохімічні методи . Зміст дозволяє виявити багато спадкових хвороб людини, пов'язані з порушенням обміну речовин. Відомі аномалії вуглеводного, амінокислотного, ліпідного та інших типів обміну речовин. Так, наприклад, цукровий діабет обумовлений порушенням нормальної діяльності підшлункової залози - вона не виділяє в кров необхідну кількість гормону інсуліну, внаслідок чого підвищується вміст цукру в крові. Це порушення викликається не однією грубою помилкою в генетичній інформації, а цілим набором невеликих помилок, які всі разом призводять або схильні до захворювання.

Методи генетики соматичних клітин - вивчає спадковість та мінливість соматичних клітин, тобто. клітин тіла, не статевих. Соматичні клітини мають весь набір генетичної інформації, ними можна вивчати генетичні особливості цілісного організму. Соматичні клітини людини отримують для генетичних досліджень із матеріалу біопсій (прижиттєве висічення тканин чи органів), коли дослідження береться невеликий шматочок тканини.

Імуногенетичні методи . Імуногенетичний метод включає серологічні методи, імуноелектрофорез та ін, які використовують для вивчення груп крові, білків та ферментів сироватки крові тканин. З його допомогою можна встановити імунологічну несумісність, виявити імунодефіцит, мозаїцизм близнюків і т.д.

Молекулярно-генетичні методи . Універсальність методів. Характеристика основних методичних підходів (виділення ДНК, рестрикція, електрофорез, блот, гібридизація). Полімеразна ланцюгова реакція, секвенування. Можливості та сфера застосування молекулярно-генетичних методів у діагностиці спадкової патології.

Методи вивчення зчеплення генів . Основи та умови застосування методу в генетиці людини та медичній генетиці.

Біологічне моделювання спадкових хвороб вивчає хвороби людини на тваринах, які можуть хворіти на ці захворювання. В основі лежить закон Вавілова про гомологічні ряди спадкової мінливості, наприклад, гемофілію, зчеплену зі статтю, можна вивчати на собаках, епілепсію – на кроликах, цукровий діабет, м'язову дистрофію – на щурах, незарощення губи та неба – на мишах.

Медико-генетичне консультування - спеціалізована медична допомога – найпоширеніша форма профілактики спадкових хвороб. Генетичне консультування - складається з інформування людини про ризик розвитку спадкового захворювання, передачі його нащадкам, а також про діагностичні та терапевтичні дії.

1 етап консультування - Уточнення діагнозу хвороби.

2 етап консультування - Визначення ризику народження хворої дитини.

3 етап консультування - лікар-генетик повинен зробити висновок про ризик виникнення хвороби у дітей, що обстежуються, і дати їм відповідні рекомендації.

4 (заключний) етап консультування - коректна відповідь та ймовірні ускладнення або результат очікуваної вагітності доступною для їх розуміння мовою.

Завданням медичної генетики є виявлення, вивчення, профілактика та лікування спадкових хвороб, а також розробка шляхів запобігання шкідливому впливу факторів середовища на спадковість людини.Хвороб, які не мають жодного відношення до спадковості, практично не існує. Умовно спадкові хвороби можна поділити на три великі групи: хвороби обміну речовин, молекулярні хвороби, які зазвичай викликаються генними мутаціями, та хромосомні хвороби.

Генні мутації можуть виражатися у підвищенні чи зниженні активності деяких ферментів, до відсутності. Фенотип-но такі мутації проявляються як спадкові хвороби обміну речовин, які визначаються за відсутністю або надлишком продукту відповідної біохімічної реакції. Генні мутації класифікують за їх фенотиповим виявом, тобто як хвороби, пов'язані з порушенням амінокислотного, вуглеводного, ліпідного, мінерального обміну, обміну нуклеїнових кислот.

Хромосомні хвороби. Цей тип спадкових захворювань пов'язаний із зміною числа чи структури хромосом. Частота хромосомних аномалій у новонароджених становить від 0,6 до 1%, але в стадії 8-12 тижнів їх мають близько 3% ембріонів. Серед мимовільних викиднів частота хромосомних аномалій дорівнює приблизно 30%, але в ранніх термінах (до двох місяців) - 50% і від. У людини описані всі типи хромосомних та геномних мутацій, включаючи анеуплоїдію, яка може бути двох типів -моіосомія і полісомія. Особливою вагою відрізняється моносоми

Синдром Шерешевського - Тернера (44+Х), що виявляється у жінок, котрим характерні патологічні зміни статури (мале зростання, коротка шия), порушення у розвитку статевої системи (відсутність більшості жіночих вторинних статевих ознак), розумова обмеженість. Частота народження цієї аномалії 1:4000-5000.

Женіщни-трисоміки (44+ХХХ), як правило, відрізняються порушеннями статевого, фізичного та розумового розвитку, хоча у частини хворих ці ознаки можуть не виявлятися. Відомі випадки плодючості таких жінок. Частота синдрому 1:1000.

Синдромом Клайнфельтера (44+XXY) характеризуються порушенням розвитку та активності статевих залоз, ев-нухоїдним типом статури (вужчі, ніж таз, плечі, оволосіння та відкладення жиру на тілі за жіночим типом, подовжені в порівнянні з тулубом руки і ноги). Звідси й високе зростання. Ці ознаки у поєднанні з деякою психічною відсталістю виявляються у відносно нормального хлопчика, починаючи з моменту статевого дозрівання. Синдром Клайнфельтера спостерігається при полісомії не тільки за Х-хромосомою (XXX XXXY, XXXXY), але і по У-хромосомі (XYY. XXYY. XXYYY). Частота синдрому 1:1000.

Синдром Дауна ( трисомія по 21-й хромосомі) . За даними різних авторів, частота народження дітей із синдромом Дауна становить 1:500-700 новонароджених, а за останні десятиліття частота трисомії-21 збільшилася.

У разі народження хворої дитини іноді можливе її медикаментозне, дієтичне та гормональне лікування. Наочним прикладом, що підтверджує можливості медицини у боротьбі зі спадковими хворобами, може бути поліомієліт. Ця хвороба характеризується спадковою схильністю, проте безпосередньою причиною захворювання є вірусна інфекція. Проведення масової імунізації проти збудника хвороби дозволило позбавити всіх спадково схильних до неї дітей важких наслідків захворювання. Дієтичне та гормональне лікування успішно застосовується при лікуванні фенілкетонурії, цукрового діабету та інших хвороб

Онтогенез як процес реалізації спадкової інформації у певних умовах середовища. Основні етапи онтогенезу. Типи онтогенетичного розвитку. Періодизація онтогенезу.

Онтогенез, або індивідуальний розвиток організму , здійснюється на основі спадкової програми, одержуваної через статеві клітини батьків, що вступили в запліднення (при безстатевому розмноженні ця програма укладена в неспеціалізованих клітинах єдиного батька, що дає потомство). У ході реалізації спадкової інформації в процесі онтогенезу у організму формуються видові та індивідуальні морфологічні, фізіологічні та біохімічні властивості, іншими словами - фенотип. У процесі розвитку організм закономірно змінює свої характеристики, залишаючись цілісною системою. Тому під фенотипом треба розуміти сукупність властивостей протягом усього індивідуального розвитку, кожному етапі якого є свої особливості.

Провідна роль формуванні фенотипу належить спадкової інформації, ув'язненої в генотипі організму. При цьому найпростіші ознаки розвиваються як результат певного типу взаємодії відповідних алельних генів. Разом про те значний вплив з їхньої формування надає вся система генотипу. Формування складних ознак здійснюється внаслідок різноманітних взаємодій неалельних генів у генотипі чи контрольованих ними товарів. Стартова програма індивідуального розвитку зиготи містить також так звану просторову інформацію, що визначає передньо-задні та спинно-черевні (дорзовентральні) координати для розвитку структур.

Поряд із цим результат реалізації спадкової програми, укладеної в генотипі особини, значною мірою залежить від умов, у яких здійснюється цей процес. Фактори зовнішнього по відношенню до генотипу середовища можуть сприяти чи перешкоджати фенотиповому прояву генетичної інформації, посилювати чи послаблювати ступінь такого прояву. Вже на стадії транскрипції контроль експресії окремих генів здійснюється шляхом взаємодії генетичних та негенетичних факторів. Отже, навіть у формуванні елементарних ознак організму – поліпептидів – беруть участь генотип як система взаємодіючих генів та середовище, в якому він реалізується.

У генетиці індивідуального розвитку середа є складне поняття. З одного боку, це безпосереднє оточення, в якому здійснюють свої функції окремі гени та генотип загалом. Воно утворене всією сукупністю факторів внутрішнього середовища організму: клітинний вміст (за винятком ДНК), характер прямих міжклітинних взаємодій, біологічно активні речовини (гормони). Сукупність внутрішньоорганізмових факторів, що впливають на реалізацію спадкової програми, позначають як середу 1-го порядку. Особливо великий вплив на функцію генотипу фактори цього середовища надають у період активних формоутворювальних процесів, насамперед в ембріогенезі. З іншого боку, виділяють поняття навколишнього середовища, або середовища 2-го порядку, як сукупності зовнішніх щодо організму факторів.

Періодизація онтогенезу Індивідуальне розвиток є цілісний безперервний процес, у якому окремі події пов'язані між собою у просторі та часу. Існує кілька схем періодизації онтогенезу, кожна з яких є найбільш підходящою для вирішення конкретних наукових чи практичних завдань.

З загальнобіологічної точки зору: дорепродуктивний, репродуктивнийі пгостропродуктивний.

У дорепродуктивному періоді особина не здатна до розмноження. Основний зміст його полягає у розвитку зрілого у статевому відношенні фенотипу.

Ембріональний або зародковий період онтогенезу починається з моменту запліднення і триває до виходу зародка з яйцевих оболонок.

Личинковий Період у типовому варіанті спостерігається у розвитку тих хребетних, зародки яких виходять із яйцевих оболонок і починають вести самостійний спосіб життя, не досягнувши дефінітивних (зрілих) рис організації.

метаморфозполягає у перетворенні личинки на ювенільну форму.

Ювенільнийперіод починається з моменту завершення метаморфозу і закінчується статевим дозріванням та початком розмноження.

У репродуктивному періоді особина здійснює функцію статевого розмноження.

Постпродуктивний період пов'язаний зі старінням організму та характеризується ослабленням або повним припиненням участі у розмноженні.

• Онтогенез людини

Антенатальний онтогенез:

Гермінальний чи зародковий період. Перший тиждень після зачаття.

Ембріональний період. Другий – п'ятий тиждень вагітності.

Фетальний період.32 тижні.

Постнатальний онтогенез:

Неонатальний чи період новонародженості. 1-10 днів.

Грудний вік. 10 днів – 1 рік.

Раннє дитинство. 1-3 роки.

Перше дитинство. 4-7 років.

Друге дитинство. 8-12 років для хлопчиків, 8-11 років дівчаток.

Підлітковий вік. 13-16 років для хлопчиків, 12-15 років дівчаток.

Юнацький вік. 17-21 рік для юнаків, 16-20 років дівчат.

Зрілий вік:

Iперіод: 22-35 років чоловіки, 21-35 років жінки.

IIперіод: 36-60 років чоловіки, 36-55 років жінки.

Літній вік. Чоловіки 61-74 роки, жінки 56-74 роки.

Старецький вік. 75-90 років.

Період довголіття. Понад 90 років.

Гермінальний період - це момент від початку зачаття до формування зародка. Ембріональний період ділиться на 2 фази: фазу гістотрофного харчування та фазу жовткового кровообігу. У фетальному періоді відбувається перехід від жовткового до гемо-амніотрофного харчування. У неонатальному періоді дитина харчується молозивним молоком. У період грудного вигодовування зрілим, а потім до материнського молока підключається прикорм та реалізується сенсомоторна схема стояння. У період раннього дитинства відбувається освоєння навичок ходьби та мови. У дитинство зростає словниковий запас і протікає перша фаза формування мислення. У другому дитинстві ускладнюється аналітико-синтетична діяльність мозку та формується 2-га фаза мислення. У підлітковому віці переважно завершується дозрівання вісцеральних систем м протікає 3-я фаза організації мислення. Період юнацтва чи адолесцентний є переломним, коли відбувається завершення формування особистості та статевого дозрівання. Період зрілості чи стабільності є найбільш продуктивним у соціальному плані та організованості фізіологічних функцій. У період похилого віку починаються інволюційні зміни, які є наслідком фізіологічних перебудов гомеостазу.У наступні періоди вони активізуються

Співвідношення онто- та філогенезу. Закон зародкової схожості К.Бера. Біогенетичний закон Е. Геккеля та Ф.Мюллера

1-й Закон зародкової подібності «Ранні стадії розвитку організмів, що належать до різних класів, більш подібні між собою, ніж пізні стадії».

2-й Закон спеціалізації розвитку "У міру онтогенезу у кожного організму формуються все більш приватні ознаки"

Ф. Мюллер: «Еволюційні зміни будовидорослихтварин відбуваються завдякизміни ходу онтогенезу нащадківв порівнянні з такими предків».

Е.Геккель Створив метод потрійного паралелізму:

порівняльна морфологія

дані порівняльної ембріології

дані палеонтології

джерела для побудови філогенетичного ряду

Біогенетичний закон«Онтогенез є швидке та коротке повторення філогенезу»

Рекапітуляція –це повторення в онтогенезі нащадків етапів еволюції їхніх предків.

• Співвідношення онто- та філогенезу . За сучасними уявленнями, більшість філогенетичних нововведень пов'язані з онтогенетическими гетерохроніями, тобто зі зрушеннями у відносних темпах перебігу різних онтогенетичних процесів. Одна з найбільш значимих еволюційних гетерохроній - зрушення періоду статевого дозрівання у еволюційних нащадків на стадії, що відповідають личинкам їх предків. Такий зсув називають неотенія, або педоморфозом. І тут життєвий цикл еволюційних нащадків зазвичай коротшає (наприклад, з допомогою випадання властивої предкам фази метаморфоза). Неотенія вважають одним із способів досягнення швидкого еволюційного прогресу.

  Подальша розробка проблем онтогенезу має першорядне значення як фундаментального природознавства, так низки медичних, біотехнологічних і екологічних завдань.

Характеристика та значення основних етапів ембріонального розвитку: предзиготний період, запліднення, зигота, дроблення. Їхні регуляторні механізми на генному та клітинному рівнях.

• Запліднення - це процес злиття статевих клітин. Диплоїдна клітина, що утворюється в результаті запліднення.зигота -є початковий етап розвитку нового організму. Процес запліднення складається з трьох послідовних фаз:

  а) зближення гамет (гамонами(Гормони гамет), з одного боку, активують рух сперматозоїдів, а з іншого - їх склеювання.) У момент контакту сперматозоїда з оболонкою яйцеклітини відбуваєтьсяакросомна реакція,під час якої під дією протеолітичних ферментів акросоми яйцеві оболонки розчиняються. Далі плазматичні мембрани яйцеклітини і сперматозоїда зливаються і через цитоплазматичний місток цитоплазми обох гамет, що утворюється внаслідок цього, об'єднуються. Потім цитоплазму яйця переходять ядро ​​і центріоль сперматозоїда, а мембрана сперматозоїда вбудовується в мембрану яйцеклітини. Хвостова частина сперматозоїда у більшості тварин теж входить у яйце, але потім відокремлюється і розсмоктується, не граючи будь-якої ролі у подальшому розвитку;

  б) активації яйцеклітини Завдяки тому, що ділянка мембрани сперматозоїда проникна для іонів натрію, останні починають надходити всередину яйця, змінюючи мембранний потенціал клітини. Потім у вигляді хвилі, що поширюється з точки дотику гамет, відбувається збільшення вмісту іонів кальцію, після чого також хвилею розчиняються кортикальні гранули. Специфічні ферменти, що виділяються при цьому, сприяють відшарування жовткової оболонки; вона твердне, цеоболонка запліднення.Всі описані процеси є так званоюкортикальну реакцію.;

  в) злиття гамет, чи сингамії Яйцеклітина в момент зустрічі зі сперматозоїдом зазвичай знаходиться на одній із стадій мейозу, заблокованої за допомогою специфічного фактора. Більшість хребетних цей блок складає стадії метафази II; у багатьох безхребетних, а також у трьох видів ссавців (коні, собаки та лисиці) блок відбувається на стадії діакінезу. Найчастіше блок мейозу знімається після активації яйцеклітини внаслідок запліднення. Коли в яйцеклітині завершується мейоз, ядро ​​сперматозоїда, що проникло в неї, видозмінюється. Воно набуває вигляду інтерфазного, а потім профазного ядра. За цей час подвоюється ДНК тачоловічий пронуклеусотримує кількість спадкового матеріалу, відповідногоп2 с,тобто. містить гаплоїдний набір редуплікованих хромосом. Ядро яйцеклітини, що закінчило мейоз, перетворюється нажіночий пронуклеус,також купуючип2 с.Обидва пронуклеуси роблять складні переміщення, потім зближуються і зливаються (синкаріон) , утворюючи загальну метафазну платівку. Це, власне, і є момент остаточного злиття гамет.сингамія.Перший мітотичний поділ зиготи призводить до утворення двох клітин зародка (бластомерів) з набором хромосом.n2 cв кожному.

  Зигота - диплоїдна(що містить повний подвійний набірхромосом) клітина, що утворюється в результатізапліднення(злиттяяйцеклітиниісперматозоїда). Зигота єтотипотентної(тобто здатної породити будь-яку іншу)кліткою.

  Людина першамітотичнийрозподіл зиготи відбувається приблизно через 30 годин після запліднення, що обумовлено складними процесами підготовки до першого акту дроблення. Клітини, що утворилися в результаті дроблення зиготи називають

  бластомірами. Перші поділу зиготи називають «дробленнями» тому, що клітина саме дробиться: дочірні клітини після кожного поділу стають все дрібнішими, а між поділами відсутня стадія клітинного росту.

  Дроблення - це ряд послідовних мітотичних поділів зиготи і далі бластомерів, що закінчуються утворенням багатоклітинного зародка.бластули. Між черговими поділами немає зростання клітин, але обов'язково синтезується ДНК. Усі попередники ДНК та необхідні ферменти накопичені в процесі овогенезу. Спочатку бластомери прилягають один до одного, утворюючи скупчення клітин, званеморулою . Потім між клітинами утворюється порожнина -бластоціль, заповнена рідиною. Клітини відтісняються до периферії, утворюючи стінку бластули.бластодерму. Загальний розмір зародка до кінця дроблення на стадії бластули вбирається у розміру зиготи. Головним результатом періоду дроблення є перетворення зиготи набагатоклітинний одношаровий зародок .

  Морфологія подрібнення. Як правило, бластомери розташовуються в строгому порядку один щодо одного та полярної осі яйця. Порядок, або спосіб дроблення залежить від кількості, щільності та характеру розподілу жовтка в яйці. За правилами Сакса - Гертвига клітинне ядро ​​прагне розташуватися у центрі вільної від жовтка цитоплазми, а веретено клітинного поділу - у бік найбільшої протяжності цієї зони.

  В оліго- та мезолецитальних яйця подрібненняповне,абоголобластичне.Такий тип дроблення зустрічається у міног, деяких риб, всіх амфібій, а також у сумчастих та плацентарних ссавців. При повному дробленні площина першого розподілу відповідає площині двосторонньої симетрії. Площина другого поділу проходить перпендикулярно до площини першого. Обидві борозни у перших двох поділів меридіані, тобто. починаються на анімальному полюсі та поширюються до вегетативного полюса. Яйцева клітина виявляється розділеною на чотири більш менш рівних за розміром бластомера. Площина третього поділу проходить перпендикулярно першим двом у широтному напрямку. Після цього у мезолецитальних яйцях на стадії восьми бластомерів проявляється нерівномірність дроблення. На анімальному полюсі чотири дрібніші бластоміри -мікроміри,на вегетативному - чотири більші -макроміри.Потім розподіл знову йде в меридіанних площинах, а потім знову вширот.

  У полілецитальних яйцеклітини кісткових риб, плазунів, птахів, а також однопрохідних ссавців дробленнячасткове,абомероб-ластичне,тобто. охоплює лише вільну від жовтка цитоплазму. Вона знаходиться у вигляді тонкого диска на анімальному полюсі, тому такий тип дроблення називаютьдискоїдальним.При характеристиці типу дроблення враховують також взаємне розташування та швидкість поділу бластомерів. Якщо бластомери розташовуються рядами один над одним по радіусах, дроблення називаютьрадіальним.Воно типове для хордових та голкошкірих. У природі зустрічаються інші варіанти просторового розташування бластомерів при дробленні, що визначає такі його типи, як спіральне у молюсків, білатеральне у аскариди, анархічне у медузи.

  Помічено залежність між розподілом жовтка та ступенем синхронності поділу анімальних та вегетативних бластомерів. У оліголецитальних яйцях голкошкірих дроблення майже синхронне, у мезолецитальних яйцевих клітинах синхронність порушена після третього поділу, оскільки вегетативні бластомери через велику кількість жовтка діляться повільніше. У форм з частковим дробленням поділу від початку асинхронні ібластоміри, що займають центральне становище, діляться швидше.

  До кінця дроблення утворюється бластула. Тип бластули залежить від типу дроблення, отже, від типу яйцеклітини.

  Особливості молекулярно-генетичних та біохімічних процесів при дробленні. Як було зазначено вище, мітотичні цикли в період дроблення сильно укорочені, особливо на самому початку.

  Наприклад, весь цикл поділу в яйцях морського їжака триває 30-40 хв при тривалості S-фази лише 15 хв. GI- таG2-періоди практично відсутні, оскільки в цитоплазмі яєчної клітини створений необхідний запас усіх речовин, і тим більший, чим вона більша. Перед кожним розподілом відбувається синтез ДНК та гістонів.

  Швидкість просування реплікаційної вилки ДНК в ході дроблення звичайна. Водночас у ДНК бластомерів спостерігається більше точок ініціації, ніж у соматичних клітинах. Синтез ДНК відбувається у всіх репліконах одночасно, синхронно. Тому час реплікації ДНК у ядрі збігається з часом подвоєння одного, до того ж укороченого, реплікону. Показано, що при видаленні із зиготи ядра дроблення відбувається і зародок доходить у своєму розвитку майже до стадії бластули. Подальший розвиток припиняється.

  На початку дроблення інших видів ядерної активності, наприклад транскрипція, практично відсутні. У різних типах яєць транскрипція генів та синтез РНК починаються на різних стадіях. У тих випадках, коли в цитоплазмі багато різних речовин, наприклад, у земноводних, транскрипція активується не відразу. Синтез РНК вони починається на стадії ранньої бластули. Навпаки, у ссавців синтез РНК починається на стадії двох бластомерів.

  У період дроблення утворюються РНК і білки, аналогічні синтезованим у процесі овогенезу. В основному це гістони, білки клітинних мембран та ферменти, необхідні для поділу клітин. Названі білки використовуються одразу нарівні з білками, запасеними раніше в цитоплазмі яйцеклітин. Поруч із період дроблення можливий синтез білків, яких був раніше. На користь цього свідчать дані про наявність регіональних відмінностей у синтезі РНК та білків між бластомірами. Іноді ці РНК і білки починають діяти більш пізніх стадіях.

  Важливу роль у дробленні грає розподіл цитоплазми.цитотомія.Вона має особливе морфогенетичне значення, оскільки визначає тип дроблення. У процесі цитотомії спочатку утворюється перетяжка за допомогою скоротливого кільця мікрофіламентів. Складання цього кільця проходить під безпосереднім впливом полюсів мітотичного веретена. Після цитотомії бластомери оліголецитальних яєць залишаються зв'язаними між собою лише тоненькими містками. Саме в цей час їх найлегше розділити. Це відбувається тому, що цитотомія веде до зменшення зони контакту між клітинами через обмежену площу поверхні мембран. Відразу після цитотомії починається синтез нових ділянок клітинної поверхні, зона контакту збільшується і бластомери починають щільно стикатися. Борозни дроблення проходять межами між окремими ділянками овоплазми, що відбиває явище овоплазматичної сегрегації.Тому цитоплазма різних бластомерів відрізняється за хімічним складом.

Характеристика та значення основних етапів ембріонального розвитку: гаструляція, гісто- та органогенез. Освіта 2-х та 3-х шарових зародків. Способи утворення мезодерми. Похідні зародкових листків. Регуляторні механізми цих процесів на генному та клітинному рівнях.

• Гістогенез - (Від грец. histos - тканина it ...генез), що склалася у філогенезі сукупність процесів, що забезпечує в онтогенезі багатоклітинних організмів освіту, існування та відновлення тканин з властивими їм органоспецифич. особливостями. В організмі тканини розвиваються з визнач. ембріональних зачатків (похідних зародкових листків), що утворюються внаслідок проліферації, переміщення (морфогенетичні рухи) та адгезії клітин зародка на ранніх стадіях його розвитку в процесі органогенезу. Істот, фактор Г. - диференціювання детермінованих клітин, що призводить до появи різноманітних морфол. та фізіол. типів клітин, що закономірно розподіляються в організмі. Іноді Р. супроводжується утворенням міжклітинної речовини. Важлива роль у визначенні напряму Р. належить міжклітинним контактним взаємодіям та гормональним впливам. Сукупність клітин, що здійснюють визнач. Р., підрозділяється на низку груп: родоначальні (стволові) клітини, здатні до диференціювання та поповнення убули собі подібних поділом; клітини-попередниці (т. зв. напівстволові) - диференціюються, але зберігають здатність до поділу; зрілі диференціації. клітини. Репаративний Р. у постнатальному періоді лежить в основі відновлення пошкоджених або частково втрачених тканин. Якостей, зміни Г. можуть призвести до виникнення та зростання пухлини.

  Органогенез (Від грец.organon- орган,genesis- Розвиток, освіта) - процес розвитку, або формування, органів у зародка людини і тварин. Органогенез слідує за більш ранніми періодами зародкового розвитку (див. Зародок) - дробленням яйця, гаструляцією і настає після того, як відокремляться основні зачатки (закладки) органів і тканин. Органогенез протікає паралельно з гістогенезом (див.) або розвитком тканин. На відміну від тканин, з яких кожна має своїм джерелом якийсь один з ембріональних зачатків, органи, як правило, виникають за участю декількох (від двох до чотирьох) різних зачатків (див. зародкові листки), що дають початок різним тканинним компонентам органу. Наприклад, у складі стінки кишки епітелій, що вистилає порожнину органу, і залози розвиваються з внутрішнього зародкового листка - ентодерми (див.), сполучна тканина з судинами і гладка м'язова тканина - з мезенхіми (див.), мезотелій, що покриває серозну оболонку з вісцерального листка спланхнотома, тобто середнього зародкового листка - мезодерми, а нерви та ганглії органу - з неврального зачатку. Шкіра утворюється за участю зовнішнього зародкового листка - ектодерми (див.), з якої розвиваються епідерміс та його похідні (волосся, сальні та потові залози, нігті та ін), і дерматомів, з яких виникає мезенхіма, що диференціюється в сполучнотканину основу шкіри ( ). Нерви та нервові закінчення у шкірі, як і всюди,- похідні неврального зачатку. Деякі органи формуються з одного зачатку, наприклад, кістка, кровоносні судини, лімфатичні вузли - з мезенхіми; однак і тут в закладку вростають похідні зачатки нервової системи - нервові волокна, формуються нервові закінчення.

  Якщо гістогенез полягає головним чином у розмноженні та спеціалізації клітин, а також в утворенні ними міжклітинних речовин та інших неклітинних структур, то основними процесами, що лежать в основі органогенезу, є утворення зародкових листків складок, вп'ячування, випинання, потовщення, нерівномірне зростання, зростання або поділ (відокремлення), а також взаємне проростання різних закладок. У людини органогенез починається з кінця 3-го тижня та завершується в основних рисах до 4-го місяця внутрішньоутробного розвитку. Однак розвиток низки провізорних (тимчасових) органів зародка - хоріону, амніону, жовткового мішка - починається вже з кінця 1-го тижня, а деякі дефінітивні (остаточні) органи формуються пізніше за інші (наприклад, лімфатичні вузли-починаючи з останніх місяців внутрішньоутробного розвитку і до настання статевого дозрівання).

  Гаструляція – одношаровий зародок - бластула - перетворюється набагатошаровий -дво- або тришаровий, званийгаструлою(Від грец.гастер -шлунок у зменшувальному сенсі).

  У примітивних хордових, наприклад у ланцетника, однорідна одношарова бластодерма під час гаструляції перетворюється на зовнішній зародковий листок -ектодерму -і внутрішній зародковий листок -ентодерму.Ентодерма формує первинну кишку з порожниною всередині-гастроціль.Отвір, що веде в гастроціль, називаютьбластопоромчи первинним ротом.Два зародкові листкиє визначальними морфологічними ознаками гаструляції. Їх існування на певній стадії розвитку у всіх багатоклітинних тварин, починаючи з кишковопорожнинних і закінчуючи вищими хребетними, дозволяє думати про гомологію зародкових листків та єдність походження всіх цих тварин. У хребетних окрім двох згаданих під час гаструляції утворюється ще третій зародковий листок.мезодерма,займає місце між екто- та ентодермою. Розвиток середнього зародкового листка, що є хордомезодермою, є еволюційним ускладненням фази гаструляції у хребетних і пов'язане з прискоренням у них розвитку на ранніх стадіях ембріогенезу. У більш примітивних хордових тварин, таких як ланцетник, хордомезодерма зазвичай утворюється на початку наступної після гаструляції фази.органогенез.Усунення часу розвитку одних органів щодо інших у нащадків у порівнянні з предковими групами є проявомгетерохронії.Зміна часу закладання найважливіших органів у процесі еволюції зустрічається не рідко.

  Процес гаструляції характеризуєтьсяважливими, клітинними перетвореннями,такими, як спрямовані переміщення груп та окремих клітин, вибіркове розмноження та сортування клітин, початок цитодиференціювання та індукційних взаємодій.

  Способи гаструляції різні. Виділяють чотири різновиди спрямованих у просторі переміщень клітин, що призводять до перетворення зародка з одношарового на багатошаровий.

  Інвагінація - вп'ячування однієї з ділянок бластодерми всередину цілим пластом. У ланцетника вплутуються клітини вегетативного полюса, у земноводних інвагінація відбувається на межі між анімальним та вегетативним полюсами в ділянці сірого серпу. Процес інвагінації можливий лише в яйцях із невеликою або середньою кількістю жовтка.

  Епіболія - обростання дрібними клітинами анімального полюса більших, що відстають у швидкості поділу і менш рухливих клітин вегетативного полюса. Такий процес яскраво виражений у земноводних.

  Деномінація - розшарування клітин бластодерми на два шари, що лежать один над одним. Деламінацію можна спостерігати в дискобластулі зародків з частковим типом дроблення, таких, як плазуни, птахи, яйцекладні ссавці. Деламінація проявляється в ембріобласті плацентарних ссавців, що призводить до утворення гіпообласту та епібласту.

  Імміграція - переміщення груп або окремих клітин, які не об'єднані в єдиний пласт. Імміграція зустрічається у всіх зародків, але найбільшою мірою характерна для другої фази гаструляції вищих хребетних. У кожному даному випадку ембріогенезу, зазвичай, поєднуються кілька методів гаструляції.

  Морфологія гаструляції. В області бластули, з клітинного матеріалу яких, в ході гаструляції та раннього органогенезу (нейруляції), зазвичай утворюються цілком певні зародкові листки та органи. Інвагінація починається на вегетативному полюсі. Через швидший поділ клітини анімального полюса розростаються і штовхають всередину бластули клітини вегетативного полюса. Цьому сприяє зміна стану цитоплазми у клітинах, що утворюють губи бластопора та прилеглих до них. Внаслідок інвагінації бластоціль зменшується, а гастроціль збільшується. Одночасно зі зникненням бластоцелю, ектодерма та ентодерма приходять у тісний контакт. У ланцетника, як і у всіх вторинноротих тварин (до них відносять тип Голкошкірі, тип Хордові та деякі інші нечисленні типи тварин), область бластопора перетворюється на хвостову частину організму на відміну від первинноротих, у яких бластопор відповідає головній частині. Ротовий отвір у вторинноротих утворюється на протилежному бластопору кінці зародка. Гаструляція у земноводних має багато спільного з гаструляцією ланцетника, але так як у яйцеклітинах у них жовтка набагато більша і розташований він переважно на вегетативному полюсі, великі бластомери амфібластули не здатні вп'ячуватися всередину.Інвагінація проходить дещо інакше. На межі між анімальним та вегетативним полюсами в області сірого серпа клітини спочатку сильно витягуються всередину, набираючи вигляду.≪ колбоподібних≫ а потім тягнуть за собою клітини поверхневого шару бластули. Виникають серпоподібна борозенка та спинна губа бластопора. Одночасно дрібніші клітини анімального полюса, що діляться швидше, починають переміщатися у бік вегетативного полюса. В області спинної губи вони підвертаються і вп'ячуються, а з боків і з боку, протилежної серповидної борозенці, обростають більші клітини. Потім процесепіболії призводить до того, що утворюються бічні та черевні губи бластопора. Бластопор змикається в кільце, всередині якого деякий час видно великі світлі клітини вегетативного полюса як так званої жовткової пробки. Пізніше вони повністю поринають усередину, а бластопор звужується. За допомогою методу маркування прижиттєвими (вітальними) барвниками у земноводних детально вивчено переміщення клітин бластули під час гаструляції. Встановлено, що конкретні області бластодерми, званіпрезумптивними(від латів. praesumptio - припущення), при нормальному розвитку виявляються спочатку у складі певних зачатків органів, та був у складі самих органів. Відомо, що у безхвостих амфібій матеріал презумптивної хорди та мезодерми на стадії бластули лежить не на її поверхні, а у внутрішніх шарах стінки амфібластули, проте приблизно на тих рівнях, як показано на малюнку. Аналіз ранніх етапів розвитку земноводних дозволяє зробити висновок про те, щоовоплазматична сегрегація,яка чітко проявляється в яйцеклітині та зиготі має велике значення у визначенні долі клітин, що успадкували ту чи іншу ділянку цитоплазми. Гаструляція у зародків з мебличним типом дроблення та розвитку має свої особливості. Уптахіввона починається слідом за дробленням та утворенням бластули під час проходження зародка по яйцеводі. На момент відкладання яйця зародок вже складається з декількох шарів: верхній шар називаютьепібластом,нижній -первинним гіпообластом.Між ними знаходиться вузька щілина – бластоціль. Потім утворюєтьсявторинний гіпобласт,спосіб освіти якого не цілком зрозумілий. Є дані про те, що в первинному гіпообласті птахів беруть початок первинні статеві клітини, а вторинний - утворює позазародкову ентодерму. Утворення первинного та вторинного гіпообласту розглядають як явище, що передує гаструляції. Основні події гаструляції та остаточне утворення трьох зародкових листків починаються після відкладання яєць із початком інкубації. Виникає скупчення клітин в задній частині епібласту як результат нерівномірного швидкості розподілу клітин і переміщення їх з бічних ділянок епібласту до центру, назустріч один одному. Утворюється так званапервинна смужка,яка витягується у напрямку до головного кінця. У центрі первинної смужки утворюєтьсяпервинна борозенка,а по краях – первинні валики. На головному кінці первинної смужки виникає потовщення.гензенівський вузлик,а в ньому – первинна ямка. Коли клітини епібласту входять у первинну борозенку, їхня форма змінюється. Вони нагадують формою≪ колбоподібні≫ клітини гаструли земноводних. Потім ці клітини набувають зірчастої форми і занурюються під епібласт, утворюючи мезодерму. Ентодерма утворюється на основі первинного та вторинного гіпобласта з додаванням нового покоління ентодермальних клітин, які мігрують з верхніх шарів, бластодерми. Наявність кількох генерацій ентодермальних клітин свідчить про розтягнутість періоду гаструляції у часі. Частина клітин, що мігрує з епібласту через гензенівський вузлик, утворює майбутню хорду. Одночасно із закладкою та подовженням хорди гензенівський вузлик та первинна смужка поступово зникають у напрямку від головного до хвостового кінця. Це відповідає звуження та закриття бластопора. У міру скорочення первинна смужка залишає за собою сформовані ділянки осьових органів зародка у напрямку від головних до хвостових відділів. Видається обґрунтованим розглядати переміщення клітин у курячому зародку як гомологічні епіболії, а первинну смужку та гензенівський вузлик – як гомологічні бластопори у спинній губі гаструли земноводних. Цікаво відзначити, що клітини зародків ссавців, незважаючи на те, що у названих тварин яйцеклітини мають малу кількість жовтка, а дроблення повне, у фазі гаструляції зберігають переміщення, властиві зародкам плазунів і птахів. Це підтверджує уявлення про походження ссавців від предкової групи, у якої яйця були багаті на жовток.

  Особливості стадії гаструляції. Гаструляція характеризується різноманітними клітинними процесами. Триває мітотичнерозмноження клітин,причому воно має різну інтенсивність у різних частинах зародка. Разом з тим найбільш характерна риса гаструляції полягає впереміщення клітинних мас.Це призводить до зміни будови зародка та перетворення його з бластули на гаструлу. Відбуваєтьсясортуванняклітин за їх приналежністю до різних зародкових листків, усередині яких вони≪ дізнаються≫ один одного. На фазу гаструляції припадає початокцитодиференціювання,що означає перехід до активного використання біологічної інформації власного геному. Одним із регуляторів генетичної активності є різний хімічний склад цитоплазми клітин зародка, що встановився внаслідок овоплазматичної сегрегації. Так, ектодермальні клітини земноводних мають темний колір через пігмент, що потрапив у них з анімального полюса яйцеклітини, а клітини ентодерми - світлий, оскільки походять з вегетативного полюса яйця. Під час гаструляції дуже велика рольембріональної індукціїПоказано, що поява первинної смужки у птахів – результат індукційної взаємодії між гіпобластом та епібластом. Гіпобласту властива полярність. Зміна положення гіпобласта по відношенню до епібласту викликає зміну орієнтації первинної смужки. Детально про всі перелічені процеси розказано в розділі. Слід зауважити, що такі проявицілісностізародка якдетермінація, ембріональне регулюванняіінтегрованістьвластиві йому під час гаструляції так само як і під час дроблення.

  Освіта мезодерми -У всіх тварин, за винятком кишковопорожнинних, у зв'язку з гаструляцією (паралельно з нею або на наступному етапі, зумовленому гаструляцією) виникає і третій зародковий пласт - мезодерму. Це сукупність клітинних елементів, що залягають між ектодермою та ентодермою, тобто в бластоцілі. Таким. Отже, зародок стає двошаровим, а тришаровим. У вищих хребетних тришарова будова зародків виникає вже в процесі гаструляції, тоді як у нижчих хордових та у всіх інших типів внаслідок власне гаструляції утворюється двошаровий ембріон.

  Можна встановити два принципово різні шляхи виникнення мезодерми: телобластичний, властивий Protostomia, і ентероцільний, характерний дляDeute-rosiomia. у первинноротих під час гаструляції на кордоні між ектодермою та ентодермою, з боків бластопора, вже є дві великі клітини, що відокремлюють від себе (внаслідок поділів) дрібні клітини. Таким чином формується середній пласт - мезодерму. Телобласти, даючи нові та нові покоління клітин мезодерми, залишаються на задньому кінці зародка. З цієї причини такий спосіб утворення мезодерми і називають телобластичним (Від грец. telos - кінець).

  При ентероцельном способі сукупність клітин мезодерми, що формується, з'являється у вигляді карманоподібних виступів первинного кишечника (випинання його стінок всередину бласто-цілю.). Ці виступи, всередину яких входять ділянки первинної кишкової порожнини, відокремлюються від кишечника і відокремлюються від нього у вигляді мішечків. Порожнина мішечків перетворюється на загалом, т. е. у вторинну порожнину тіла, целомические мішки можуть поділятися на сегменти середнього зародкового листка не відбиває всього різноманіття варіацій і відхилень, суворо закономірних окремих груп тварин. Схожий з телобластичним, але лише зовні, спосіб утворення мезодерми не шляхом розподілу телобластів, а шляхом виникнення на краях бластопора непарного щільного зачатку (групи клітин), що згодом поділяється на дві симетричні смужки клітин. При ентероцельном способі зачаток мезодерми може бути парним або непарним; в одних випадках формуються два симетричні целомические мішки, а в інших - спочатку утворюється один загальний целоміческій мішок, згодом поділяється на дві симетричні половини.

  Похідні зародкових листків. Подальша доля трьох зародкових листків різна.

  З ектодерма розвиваються: вся нервова тканина; зовнішні шари шкіри та її похідні (волосся, нігті, зубна емаль) та частково слизова ротової порожнини, порожнин носа та анального отвору.

  Ентодерма дає початок вистиланню всього травного тракту – від ротової порожнини до анального отвору – і її похідним, тобто. тимусу, щитовидної залози, паращитовидних залоз, трахеї, легень, печінки та підшлункової залози.

  З мезодерми утворюються: всі види сполучної тканини, кісткова та хрящова тканини, кров та судинна система; всі типи м'язової тканини; видільна та репродуктивна системи, дермальний шар шкіри.

  У дорослої тварини дуже мало таких органів ентодермального походження, які не містили б нервових клітин, що походять з ектодерма. У кожному важливому органі містяться і похідні мезодерми - кровоносні судини, кров, часто і м'язи, так що структурна відокремленість зародкових листків зберігається лише на стадії їх утворення. Вже на початку свого розвитку всі органи набувають складної будови, і в них входять похідні всіх зародкових листків.

Постембріональний період онтогенезу. Основні процеси: зростання, формування дефінітивних структур, статеве дозрівання, репродукція, старіння.

• Постнатальний онтогенез - Період розвитку організму від моменту народження до смерті. Він поєднує дві стадії: а) стадію раннього постнатального онтогенезу; б) стадію пізнього постнатального онтогенезу. Ранній постнатальний онтогенез починається з народження організму і закінчується настанням структурно-функціональної зрілості всіх систем органів, включаючи статеву систему. Тривалість його в людини становить 13-16 років. Ранній постнатальний онтогенез може включати основні процеси органогенезу, диференціювання та зростання (наприклад, у кенгуру) або тільки зростання, а також диференціювання пізніше дозрівають органів (статеві залози, вторинні статеві ознаки). У багатьох тварин постембріональному розвитку має місце метаморфоз. Пізній постнатальний онтогенез включає зрілий стан, старіння та смерть. Постембріональний розвиток характеризується: 1) інтенсивним зростанням; 2) встановленням дефінітивних (остаточних) пропорцій тіла; 3) поступовим переходом систем органів до функціонування як, властивому зрілому організму.

  Зріст - це збільшення маси та лінійних розмірів особини (організму) за рахунок збільшення маси, але головним чином кількості клітин, а також неклітинних утворень. Для опису зростання використовують криві росту (зміна маси або довжини тіла протягом онтогенезу), показники абсолютного та відносного приросту за певний проміжок часу, питома швидкість росту.

  Зростання особини характеризується абоізометрією - рівномірним зростанням частин та органів тіла, абоаллометрією - Нерівномірним зростанням частин тіла.Алометрія буває негативною (наприклад, уповільнене зростання голови по відношенню до тіла у дитини) і позитивною (наприклад, прискорене зростання рогів у жуйних). Швидкість зростання з віком, як правило, знижується. Тварини з невизначеним зростанням ростуть протягом усього життя (молюски, ракоподібні, риби, земноводні). У тварин з певним зростанням до певного віку зростання припиняється (комахи, птахи, ссавці). Однак різкої межі між певним та невизначеним зростанням не існує. Людина, ссавці, птахи після припинення зростання все ж таки можуть дещо збільшуватися в розмірах. Процеси зростання контролюються генотипом, одночасно залежно від умов середовища. Зростання людини, обумовлюючись поєднанням спадкових та середовищних факторів, виявляє мінливість (вікову, статеву, групову, внутрішньогрупову або індивідуальну та епохальну). На зростання та розвиток організму його генотип може надавати також опосередкований вплив через синтез біологічно активних речовин-гормонів. Це – нейросекрети, що виробляються нервовими клітинами, гормони ендокринних залоз. Гормони можуть впливати як на обмінні процеси (біосинтез), так і на експресію інших генів, що в свою чергу впливають на зростання. Між усіма ендокринними залозами існує взаємозв'язок, що регулюється за принципом зворотних зв'язків. Так, гормони гіпофіза впливають на ендокринну функцію статевих залоз, щитовидної залози та надниркових залоз. Гіпофіз виробляє соматотропний гормон, недолік якого призводить до карликовості – нанизму, а надлишок – до гігантизму.

  Четверта стадія ембріогенезу - стадія дефінітивного (остаточного) органогенезу , де відбувається формування постійних органів. Дуже складні процеси, що відбуваються на цій завершальній стадії ембріогенезу, є об'єктом вивчення приватної ембріології. У цьому розділі ми обмежимося розглядом долі первинних органів зародка.

  З ектодерми розвиваються: епідерміс шкіри та його похідні – пір'я, волосся, нігті, шкірні та молочні залози, нервова система. Передній (розширений) відділ нервової трубки перетворюється на головний мозок, решта її частини (передній і середній відділи) - у спинний мозок. Ентодерма дає початок внутрішньої вистилання травної та дихальної систем, секретуючим клітинам травних залоз. Сомити зазнають такі перетворення: дерматом формує дерму (глибокий шар шкіри); склерот бере участь в утворенні скелета (хрящового, потім кісткового); міотом дає початок кістяковій мускулатурі. З нефротома розвиваються органи сечовиділення.

  Несегментована мезодерма (спланхнотом) дає початок плеврі, очеревині, перикарду, бере участь у розвитку серцево-судинної та лімфатичної систем.

  Статеве дозрівання - процес формування відтворюючої функції організму людини, що проявляється поступовим розвитком вторинних статевих ознак і завершується настанням статевої зрілості. У людини період статевого дозрівання називають перехідним або пубертатним, його тривалість становить у середньому близько 5 років. Вікові рамки статевого дозрівання схильні до індивідуальних коливань (у дівчаток від 8 - 10 до 16 - 17 років, у хлопчиків від 10 - 12 до 19 - 20 років). Поява вторинних статевих ознак у дівчаток у період від 8 до 10 років, у хлопчиків від 10 до 12 років називають раннім статевим дозріванням (воно пов'язане зазвичай із конституційними) факторами).

  Важлива ознака пубертатного розвитку - Встановлення регулярної активності гонад яка проявляється у дівчат менструаціями, а у юнаків - еякуляціями. Внутрішньосекреторна активність гонад у обох статей проявляється також фазовими змінами темпів зростання окремих сегментів скелета, внаслідок чоговстановлюються дефінітивні (структури) пропорції тіла та формуються вторинні статеві ознаки. Вторинні статеві ознаки включають головним чином зміни шкіри (зокрема мошонки) та її дериватів (саме в період дозрівання відбувається зростання гриви у лева, розвиток так званої статевої шкіри у мавп, рогів у оленя). Першими ознаками пубертатного розвитку у хлопчиків поряд із збільшенням розмірів яєчок та прискоренням тотального зростання є інтенсифікація оволосіння та зміни мошонки. Середній віковий період появи окремих ознак у 50% обстежених становив: мутація голосу – 12 років 3,5 міс, оволосіння лобка – 12 років 9,5 міс, збільшення Щитовидного хряща гортані – 13 років 3,5 міс – оволосіння пахвових впадин 9,5 міс та оволосіння особи – 14 років 2 міс. Вивчаючи тривалість і темпи формування вторинних статевих ознак, В. Г. Сідамон Еріставі виявила, що швидкість розвитку окремих ознак статевого дозрівання має свої «піки».

  Репродуктивна функція людини - Відтворення собі подібних. Здатність людини як виду передавати половину генетичної інформації майбутнього покоління від батька матері забезпечується фізіологічними особливостями репродуктивної функції чоловічого організму. Репродуктивна функція жіночого організму забезпечує процес фертилізації, внутрішньоутробний розвиток плода, народження дитини та її вигодовування грудним молоком. Відмінною особливістю репродуктивної функції людини від інших фізіологічних функцій організму є те, що її нормальне функціонування веде до злиття статевих клітин чоловічого та жіночого організмів у процесі статевої репродукції. Ооцити та сперматозоїди називаються жіночими та чоловічими статевими клітинами, або гаметами. Чоловічі та жіночі гамети у зрілій формі містять гаплоїдну кількість хромосом, тобто половину нормального числа. Гаплоїдна кількість хромосом у гаметах формується в процесі сперматогенезу та оогенезу (рис. 16.1). У чоловічому організмі мейотичне розподіл сперматогенних клітин відбувається постійно протягом усього життя після початку періоду статевого дозрівання (пубертатний період). Навпаки, в ооциті гаплоїдна кількість хромосом утворюється безпосередньо перед овуляцією яйцеклітини з фолікула. В результаті здатності ооциту та сперматозоїда з'єднуватися один з одним під час запліднення в жіночому статевому тракті відбувається утворення зиготи. Цей процес називається фертилізацією. У зиготі міститься диплоїдна кількість хромосом, як у будь-якій соматичній клітині організму людини і тварин. Дві хромосоми з диплоїдного числа в зиготі, а саме статеві Х- та Y-хромосоми, зумовлюють чоловічу чи жіночу стать майбутньої особини в новому поколінні. Жіноча статева клітина містить лише Х-хромосоми, а чоловіча – Х- та Y-хромосоми. Хромосоми містять гени, які передають генетичні особливості одного покоління іншому.

  Старіння – це незворотний процес поступового пригнічення основних функцій організму (регенераційних, репродуктивних та ін.), внаслідок якого організм втрачає здатність підтримувати гомеостаз, протистояти стресам, хворобам та травмам, що робить загибель неминучою.

Основні концепції в біології розвитку (гіпотези преформізму та епігенезу). Сучасні уявлення про механізми ембріонального розвитку.

Існує 2 типи спадкової мінливості: мутаційна та комбінативна.

У основі комбінативної мінливості лежить освіту рекомбінацій, тобто. таких сполук генів, яких був у батьків. Фенотипово це може виявлятися у тому, що батьківські ознаки зустрічаються в частини нащадків за іншими комбінаціях, а й у освіті в нащадків нових ознак, відсутні у батьків. Це трапляється, коли два або більше неалельних гена, якими відрізняються батьки, впливають на формування однієї й тієї ж ознаки.

Основними джерелами комбінативної мінливості є:

Незалежна розбіжність гомологічних хромосом у першому мейотичному поділі;

Рекомбінація генів, заснована на явищі перехреста хромосом (рекомбінаційні хромосоми, потрапивши у зиготу, спричиняють появу ознак, не типових для батьків);

Випадкова зустріч гамет при заплідненні.

В основі мутаційної мінливості лежать мутації - стійкі зміни генотипу, що зачіпають цілі хромосоми, частини або окремі гени.

1) Типи мутацій за наслідками впливу організм діляться на корисні, шкідливі і нейтральні.

2) За місцем виникнення мутації можуть бути генеративними, якщо вони виникають у статевих клітинах: вони можуть виявлятися в тому поколінні, яке розвивається із статевих клітин. Соматичні мутації відбуваються у соматичних (нестатевих) клітинах. Нащадкам такі мутації можуть передаватися лише за безстатевому чи вегетативному розмноженні.

3) Залежно від того, яку частину генотипу вони торкаються, мутації можуть бути:

Геномні, що призводять до кратної зміни кількості хромосом, наприклад поліплоїдія;

Хромосомні, пов'язані зі зміною будови хромосом, приєднання зайвої ділянки внаслідок перехреста, поворот певної ділянки хромосом на 180° або зміною кількості окремих хромосом. Завдяки хромосомним перебудовам відбувається еволюція каріотипу, і окремі мутанти, що виникли внаслідок таких перебудов, можуть виявитися більш пристосованими до умов існування, розмножитися та дати початок новому виду;

Генні мутації пов'язані зі зміною послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК. Це найпоширеніший тип мутацій.

4) За способом виникнення мутації поділяються на спонтанні та індуковані.

Спонтанні мутації виникають у природних умовах під дією мутагенних факторів середовища без втручання людини.

Індуковані мутації виникають при спрямованій дії на організм мутагенних факторів. До фізичних мутагенів відносять різні види випромінювань, низькі та високі температури; до хімічних – різні хімічні сполуки; до біологічних – віруси.

Отже, мутації є основним джерелом спадкової мінливості – фактора еволюції організмів. Завдяки мутаціям з'являються нові алелі (їх називають мутантними). Однак більшість мутацій шкідливі для живих істот, оскільки вони знижують їхню пристосованість, можливість давати потомство. Природа допускає багато помилок, створюючи, завдяки мутаціям, безліч видозмінених генотипів, але разом з тим вона завжди безпомилково та автоматично відбирає ті генотипи, які дають найбільш пристосований до певних умов середовища фенотип.

Отже, мутаційний процес є основним джерелом еволюційних змін.

2. Дайте загальну характеристику класу дводольних рослин. Яке значення дводольних рослин у природі, житті людини?

Клас дводольні рослини- рослини, в зародку насіння яких присутній

дві сім'ядолі.

Клас дводольних – 325 сімейств.

Розглянемо великі родини дводольних рослин.

ЗНАЧЕННЯ У ПРИРОДІ: - рослини цього класу є продуцентами в екосистемах, тобто фотосинтезують органічні речовини; - ці рослини є початком всіх харчових ланцюжків; - ці рослини визначають вид біогеоценозу (березовий ліс, кипрейний степ); - це активні учасники кругообігу речовин та води.

ЗНАЧЕННЯ В ЖИТТІ ЛЮДИНИ: - серед рослин класу Дводольні багато культурних рослин, органи яких використовуються в їжу людиною (родина Розоцвіті - вишня, яблуня, слива, малина, сем. Складноцвіті - соняшник, сем. Пасльонові - томат, картопля, перець, сем. Хрестоцвіті – різні сорти капусти, сем. Бобові – горох, соя, квасоля) – багато рослин використовуються на корм худобі; - при виробництві натуральних ниток (льон, бавовна); - як культурно-декоративні (акація, троянди); - Лікарські (гірчиця, ромашка, кропива, термопсис). Також серед цього класу багато прянощів, з них виробляють тютюн, кава, чай, какао, барвники, канати, мотузки, папір, дерев'яний посуд, меблі, музичні інструменти; - Безцінна для будівництва деревина деяких дводольних (дуб, граб, липа).