mozok.click

Основні поняття й ключові терміни: ЕМБРІОГЕНЕЗ. ПОСТЕМБРІО-ГЕНЕЗ. Стовбурові клітини.

Пригадайте! Що таке онтогенез, ріст і диференціація?

Поміркуйте!

«Доросла людина складається з мільйонів мільйонів клітин. Їх в десять разів більше, ніж зір у нашій Галактиці чи піщинок на невеликому пляжі.

Існують сотні типів клітин, і при цьому клітини кожного конкретного типу з’являються і поновлюються в потрібній кількості й у потрібний час. Вся ця складна конструкція розвивається із однієї заплідненої яйцеклітини» (Д. Дейвіс. Онтогенез). Яким чином із окремої зиготи виникають різні за будовою й функціями клітини? Як відбувається розвиток організму із зиготи?

ЗМІСТ

Які стадії ембріонального розвитку?

ЕМБРІОГЕНЕЗ (від грец. ембріо - зародок і генезіс - походження) -це період онтогенезу від зиготи до народження. Перебіг ембріогенезу в різних організмів відбувається по-різному, але можна виокремити подібні особливості. Так, загальними процесами ембріогенезу рослин і тварин є мітотичні поділи зиготи, диференціація клітин, утворення тканин (гістогенез) й органів (органогенез) та ін. Всі ці процеси здійснюються під контролем генів. За відкриття, що стосуються генетичного контролю на ранніх стадіях ембріогенезу, Е. Льюїс, К. Нюсляйн-Фольгард та Е. Вішаус були удостоєні Нобелівської премії з фізіології та медицини (1995).

Особливості ембріогенезу рослин і тварин розглянемо на прикладі покритонасінних та хордових.

Ембріогенез рослин має такі етапи: 1) утворення із зиготи зародкової твірної тканини; 2) утворення зародкових органів - корінця й пагінця; 3) формування насінини. Реалізація спадкової інформації зиготи на початкових етапах відбувається в маточці квітки. Результатом ембріогенезу у квіткових рослин є насінина, що містить зародок та запас поживних речовин. Утворення постійних тканин та органів рослини відбуватиметься вже після проростання.

Ембріогенез тварин відбувається в яйці або всередині материнського організму і складається з етапів дроблення, гаструляції та органогенезу.

Дроблення - ряд послідовних мітотичних поділів зиготи, що закінчуються утворенням одношарової стадії - бластули. Основним клітинним механізмом розвитку на цьому етапі є поділ клітин, що відбувається дуже швидко. Кількість клітин-бластомерів збільшується внаслідок мітозу, але росту немає.

Гаструляція — це процес формування дво- або тришарового зародка - гаструли. Ріст клітин під час гаструляції не відбувається.

Основними проявами поведінки клітин є переміщення (міграція) клітин, завдяки чому утворюються зародкові листки: зовнішній шар - ектодерма, внутрішній -ентодерма та середній - мезодерма. На етапі гаструляції суттєву роль відіграють взаємодії клітин, що забезпечує узгоджене формування окремих частин організму.

Гістогенез й органогенез - утворення тканин та органів - здійснюються завдяки мітозу, росту, міграціям й диференціації клітин. У зародка тварин із зародкових листків формуються епітеліальні, сполучні, м’язові та нервова тканини, які утворюють органи (іл. 83).

Перед народженням зародок має органи, притаманні дорослому організмові, здатність до самостійного живлення і активного переміщення.

Іл. 83. Етапи ембріогенезу тварин

Отже, основними стадіями ембріогенезу є дроблення, гаструляція, гістогінез та органогенез.

Чим зумовлені особливості постембріогенезу організмів?

ПОСТЕМБРІОГЕНЕЗ (від лат. post - після і грец. ембріо - зародок) — це післязародковий період, що триває від народження до загибелі. У постембріогенезі організми починають самостійний спосіб життя, посилюється вплив чинників середовища. Через те ускладнюються життєві функції організму, активуються системи захисту, регуляції функцій, з’являються нові органи тощо. Основними проявами клітинної активності постембріогенезу є поділ, ріст, старіння, загибель клітин, регенерація тканин й органів. У постембріогенезі в більшості організмів відбуваються статеве дозрівання, розмноження, а потім старіння і смерть.

Постембріогенез рослин (на прикладі покритонасінних) має такі етапи: етап проростка (від проростання до формування перших зелених листків), етап молодості (від появи перших зелених листків до цвітіння), етап зрілості (від першого цвітіння до втрати здатності до розмноження насінням), етап старіння (від закінчення останнього плодоношення до загибелі) і смерть. Утворення рослинних тканин та органів відбувається після проростання насінини. У постембріогенезі рослин беруть участь ініціальні клітини твірних тканин, які постійно діляться. Першим із зародкового корінця формується корінь рослини, а потім пагін.

Постембріогенез тварин (на прикладі хордових) має такі етапи: не-статевозрілий етап (від народження до статевого дозрівання), етап статевого дозрівання (період появи здатності до статевого розмноження), етап статевої зрілості (збігається зі здатністю до статевого розмноження), етап старіння (від втрати здатності до статевого розмноження і до загибелі) і смерть. Тканини й органи народженого організму закладено в ембріогенезі, а в постембріогенезі вони ростуть і поновлюються. Відновлення пошкоджень та заміна клітин відбуваються завдяки регенерації й стовбуровим клітинам.

За особливостями перетворень постембріогенез тварин може бути прямим і непрямим. Прямий розвиток - це розвиток, за якого щойно народжена тварина загалом нагадує дорослу (ссавці, плазуни, птахи, хрящові риби, павуки).

Біологічне значення полягає в тому, що зменшується вразливість народженої тварини в середовищі життя. Непрямий розвиток -це розвиток, за якого утворюється личинка, яка перетворюється на дорослу особину безпосередньо або через перетворення (іл. 84). Біологічне значення непрямого розвитку полягає в здійсненні таких функцій: а) живильної; б) раціонального використання ресурсів; в) розселення; г) зараження хазяїв. Різновидами непрямого розвитку є:

• непрямий розвиток з повним перетворенням - це розвиток личинки, що супроводжується перебудовою всіх її органів (твердо-, луско-, дво-, перетинчастокрилі, блохи, кісткові риби, амфібії);

• непрямий розвиток з неповним перетворенням - це розвиток личинки, в якої перетворення зачіпають окремі органи (прямокрилі, таргани, клопи).

Іл. 84. Непрямий розвиток:

А - з неповним перетворенням; Б - з повним перетворенням

Отже, особливості постембріогенезу зумовлюють початок самостійного життя та необхідність розмноження.

Яке значення стовбурових клітин у постембріональному розвитку?

Стовбурові клітини є в усіх багатоклітинних організмів. Для цих клітин властивий поділ, за якого одна дочірня клітина залишається стовбуровою, а інша - стає клітиною-попередником для інших типів клітин. Існують дві категорії стовбурових клітин: ембріональні стовбурові клітини, що походять безпосередньо від бластомерів, та стовбурові клітини дорослого організму, що містяться у зрілих тканинах. У зародків ембріональні стовбурові клітини диференціюються в ембріональні тканини. Стовбурові клітини дорослого організму діють як репаративна система, підтримуючи потрібну кількість спеціалізованих клітин. Стовбурові клітини подібні до бригади швидкої медичної допомоги, яка може долати великі відстані до ушкодженого місця. Вони мають здатність не лише переміщуватися, а й знаходити та усувати пошкодження різних органів і тканин. За здатністю до диференціації стовбурові клітини поділяють на тотипотентні, плюрипотентні та уніпо-тентні. Тотипотентні клітини здатні давати початок усім тканинам

тіла і цілому організму, плюри-потентні — можуть диференціюватись у будь-який із типів клітин дорослого організму, але новий організм з них утворитися вже не може, а уніпотент-ні здатні розвиватися в клітини лише одного типу. Тотипотентни-ми є лише зигота та бластомери до стадії морули включно (стадія дроблення з 32 бластомерів).

Іл. 85. Диференціація стовбурових клітин

Отже, стовбурові клітини - неспеціалізовані клітини, здатні до необмеженого поділу, що дають початок новим клітинам.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на порівняння

За допомогою таблиці «Порівняльна характеристика періодів та етапів онтогенезу рослин і тварин» порівняйте в робочих зошитах послідовність періодів та етапів онтогенезу рослин і тварин. Визначте подібність і відмінності.

СТАВЛЕННЯ Біологія + Екологія

Бронзівка волохата, або оленка волохата (Tropinota hirta), - комаха ряду Твердокрилі, яка є шкідником багатьох сільськогосподарських рослин. В останні роки спостерігається нашестя цього жука, який на стадії імаго поїдає квіти яблунь, груш, вишні та багатьох інших садових культур, завдаючи великих збитків. Які ж особливості розвитку цієї комахи і на яких стадіях онтогенезу заходи боротьби із шкідником будуть найефективнішими?

Узагальнення теми 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

СПАДКОВА (ГЕНЕТИЧНА) ІНФОРМАЦІЯ -

сукупність відомостей про склад, будову білків і РНК і пов’язані з ними функції, що закладені в генах і закодовані в послідовності нуклеотидів молекул ДНК або РНК.

Ця інформація передається потомству під час розмноження та статевих процесів (кон’югації, трансдукції, трансформації), реалізується в процесі індивідуального розвитку особини та проявляється у вигляді певних ознак і властивостей організму (табл. 8).

Таблиця 8. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТЕМИ

Самоконтроль знань

На ілюстрації зображений один із найкрасивіших видів павуків - павук-павич леопардовий (Maratus pardus), відкритий у 2014 р. в Австралії. Застосуйте свої знання теми для ознайомлення з цим павуком.

Тест-конструювання 4.

ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

1. Де в клітинах павука зберігається спадкова інформація про будову, життєдіяльність й поведінку?

Р в гені С  в ядрі  Т  у хромосомі  У у тРНК

2. Який процес забезпечує копіювання спадкової інформації павука для її передачі наступному поколінню?

Г репарація Д рекомбінація  Е реплікація  Є регенерація

3. В якому наборі хромосом спадкова інформація передається наступному поколінню? К у гаплоїдному Л у диплоїдному М у триплоїдному Н у поліплоїдному

4. Який процес забезпечує поєднання спадкової інформації самця і самки павука?

А трансляція Б транскрипція  В запліднення  Г експресія

5. Які структури визначають відмінність ознак самця від самки у павука?

А гомологічні хромосоми Б геном Д аутосоми Е статеві хромосоми

6. Які клітини здійснюють передачу спадкової інформації наступному поколінню?

М нестатеві диплоїдні Н статеві гаплоїдні

О нестатеві гаплоїдні П статеві диплоїдні

7. Передні великі очі павуків містять фоторецептори із зоровими пігментами. Як називається процес утворення цих білків?

У трансляція Ф транскрипція Х експресія Ц запліднення

8. Павуки-павичі відомі своїми шлюбними танцями. Назвіть період і етап онтогенезу, коли спостерігаються ці прояви статевої поведінки.

А ембріогенез; органогенез Б ембріогенез; гаструляція

В постембріогенез; етап статевої зрілості Г постембріогенез; етап дозрівання

9. Павутина павуків-павичів, яку вони використовують для коконів, утворена з білка фіброїну. Як інформація про цю сполуку закодована в павуків?

А у вигляді послідовності нуклеотидів ДНК Б у вигляді послідовності нуклеотидів РНК В у вигляді послідовності амінокислот Г у вигляді послідовності жирних кислот

10. Павуки-павичі ведуть бродячий спосіб життя і постійно зазнають впливу чинників середовища. Як називається процес виправлення пошкоджень їхньої ДНК?

Н репарація О рекомбінація П реплікація  Р регенерація

11. Як називається процес видозміни спадкової інформації, що є основою такої різноманітності?

М репарація Н рекомбінація О реплікація  П регенерація

12. Самці павуків-павичів досягають розмірів всього до 5 мм. А який процес забезпечує їхній ріст?

А брунькування Б мейоз В бінарний поділ  Я мітоз

Правильні відповіді дадуть змогу отримати назву методу визначення послідовності нуклеотидів у ланцюзі ДНК.