Биология

Критические периоды развития

Это периоды наибольшей чувствительности зародыша к различным повреждающим факторам. Указанные факторы называют тератогенными. Действие тератогенных факторов нередко сопровождается возникновением уродств или пороков развития, которые наблюдаются как у животных, так и у человека. Эмбриогенез характеризуется рядом пусковых этапов. Критические периоды как раз и связаны с включением пускового механизма этапа. Если он пройден благополучно, далее следует нормальный рост и дифференцирование. У каждого органа есть свой «пусковой этап» и критический период.

У человека и млекопитающих животных 1-й критический период совпадает с имплантацией зародыша в стенку матки. Второй критический период приходится на стадию плацентации. У низших позвоночных критические периоды отмечены на стадии гаструляции и нейруляции.

Постэмбриональный период развития

Постэмбриональное развитие начинается с момента рождения или выхода из яйцевых оболочек и заканчивается естественной смертью.

Различают прямое и непрямое постэмбриональное развитие.

Прямое развитие. Для этого способа характерно последовательное преобразование органов и систем органов зародыша в соответствующие структуры взрослой особи. Новорожденный имеет тот же план строения, что и взрослый организм, отличаясь от него лишь меньшими размерами и временным отсутствием половой системы. Основные этапы развития: а) рост и формирование, б) зрелость (половое созревание), в) старость. Подобным образом развиваются паукообразные, часть насекомых, птицы, млекопитающие.

Непрямое развитие. Протекает с метаморфозом. Метаморфоз может быть полным и неполным. При полном метаморфозе из яйца выходит личинка, по строению и экологии выразительно отличающаяся от дефинитивной (окончательной) особи. Личинка занимает определенную экологическую нишу и представляет высоко активную жизненную стадию (интенсивно питается, расселяется, растет). Личиночная стадия сменяется стадией куколки. Личинка одевается системой оболочек, перестает питаться и становится неподвижной. Её внутренние органы подвергаются гистолизу (растворению тканей). Сохраняются лишь определенные группы клеток – имагинальные диски, из которых затем развивается окончательная форма. Разрывая оболочки, взрослая особь выходит во внешнюю среду и занимает новую экологическую нишу. Так развивается часть насекомых, что способствует снижению внутривидовой конкуренции (рис. 38).

Рис. 38. Развитие насекомых с неполным (I) и полным (II) превращением. 1 – яйца; 2, 3, 4, 5, 6 – личинки; 7 – куколка; 8 – взрослая форма.

Неполный метаморфоз характеризуется чертами подобия личинки и взрослой особи. Однако, они сохраняют для себя свои экологические ниши и различаются многими параметрами строения и жизнедеятельности. Превращение личинки во взрослую особь протекает медленно, имеет место наличие промежуточных стадий и линьки.

Процессы развития в постэмбриональном периоде определяются многими эндогенными и экзогенными факторами. К числу первых следует отнести нейрогуморальную регуляцию. Если молодым головастикам скармливать гормон щитовидной железы тироксин, они очень быстро пройдут метаморфоз и превратятся в карликовых лягушек, которые никогда не вырастут. К экзогенным факторам, влияющим на развитие, следует отнести питание, освещенность, температура и др.

Применительно к человеку используют понятия: антенатальный (дородовый) и постнатальный (послеродовый) период развития. Последний включает ювенильный период, пубертатный период, первый и второй период зрелости, период старости и время долгожительства (свыше 90 лет).

Возрастные периоды человека

Возрастные периоды – это те или иные временные промежутки, которые необходимы для завершения определенного этапа морфологического и функционального развития отдельных тканей, органов, систем организма и всего организма в целом. На протяжении жизненного цикла человека выделяют три основных периода:

• период роста и развития, становления функциональных систем, продолжающийся до возраста морфологической, половой, психологической зрелости;

• период относительной стабильности, зрелости функциональных систем организма;

• период угасания, ослабления и деструкции функциональных систем во время старения организма, который наступает после прекращения репродуктивной функции.

Продолжительность жизни

Ведущим показателем онтогенеза является продолжительность жизни. Выделяют:

1. Абсолютную продолжительность жизни – время существования особи от момента рождения до естественной смерти;

2. Видовую продолжительность жизни, средний максимальный возраст особей данного вида при оптимальных условиях их существования (детерменирован генетически и для человека составляет 89±5 лет.);

3. Ожидаемую продолжительность жизни, число лет, которое предстоит прожить представителю данного поколения при сложившемся уровне смертности для данной группы. В истории человечества продолжительность жизни возросла от 21—23 лет (архантропы) до 70 лет и боле в настоящее время.

Современные демографы, работая с человеческими популяциями, определяют среднюю продолжительность жизни в отдельных популяциях. Человек, улучшая среду своего обитания и совершенствуя элементы жизни значительно увеличил среднюю продолжительность жизни. Наиболее заметный перелом произошел на протяжении 20 века в целом ряде высокоразвитых стран. Он связан с повышением жизненного уровня, улучшением системы питания и жизненных условий, а также санитарно-гигиеническим и медицинским обслуживанием. Определенную роль сыграл высокий образовательный и культурный ценз население развитых стран. Так, в восьмидесятых годах прошлого столетия продолжительность жизни женщин в Италии составляла 77,4 года, мужчин – 70,7 года. В Японии соответственно 79,6 г. и 74,1 г. Прослеживается отчетливая закономерность: женщины живут дольше мужчин. Это связано с физиологическими особенностями женского организма и определенным запасом «биологической прочности», обусловленный репродуктивной функцией женщин, (механизмы вынашивания плода, деторождения и вскармливания его).

Однако, социально-контролируемая компонента, играя значительную роль в продолжительности жизни, не может являться единственным определяющим фактором. Продолжительность жизни это один из видовых показателей, складывающийся эволюционно. Срок жизни на уровне вида или популяции в определенной мере генетически детерминирован и связан с механизмами старения. Подтверждением этого могут являться следующие факты. Различия продолжительности жизни у монозиготных близнецов составляет 36 месяцев, у дизиготных 74,6 месяца. В больших семьях великороссов и малороссов продолжительность жизни на протяжении наибольшего числа поколений имела положительную корреляцию. Существуют наследственные болезни, в том числе и моногенной природы (синдром Марфана, прогерия), при которых продолжительность жизни резко снижена, и характеризуется ранним симптокомплексом процессов старения.

Существенным подтверждением генетического феномена, определяющего продолжительность жизни независимо от социальных факторов, является долгая жизнь отдельных людей. У человека известны случаи достижения возраста, превышающего 120 лет. Это следует рассматривать как явление гетерозиса, быстро затухающего в поколениях. Русские революционеры Николай Морозов и Вера Фигнер провели по 30 лет жизни в одиночных камерах Шлиссербургской крепости и дожили соотвественно до 90 и 92 лет, то есть достигли периода долгожительства.

Структуру продолжительности жизни определяют с помощью таблиц выживания (демографические таблицы). В них содержаться сведения о характере распределения смертности по возрастам.

Продолжительность жизни изучает наука геронтология. Раздел медицины, занимающийся проблемами старости, называется гериатрия. Перед геронтологией стоит основная задача – добиться, чтобы длительность жизни современного человека соответствовала той, которая определяется его биологической природой как вида.

Сохранение целостности организма: Виды регенерации

Регенерация – общее свойство жизни, обеспечивающее состояние гомеостаза, постоянства внутренней среды организма.

Под регенерацией понимают способность живых организмов восстанавливать клетки, ткани, органы и даже части тела, утраченные в процессе нормальной жизнедеятельности или при повреждениях.

Впервые явление регенерации описал в 1744 г. швейцарский натуралист аббат А. Трамбле на примере восстановления тела и щупалец у гидры. В дальнейшем излюбленным объектом изучения регенерации стал плоский червь планария, способность которого к восстановлению при самых замысловатых повреждениях оказалась необыкновенной. Планария составила целую эпоху в учении о регенерации.

Регенерация происходит на разных уровнях организации живого: молекулярном, клеточном, тканевом, органном и организменном. К регенерации способна молекула ДНК (репарация ДНК). На клеточном уровне восстанавливаются клетки крови лейкоциты и эритроциты, время существования которых в периферическом кровотоке ограничено.

На тканевом уровне отрастает эпидермальный слой кожи, сброшенной животным при линьке. Отдельный орган молочный зуб замещается постоянным в определенном возрасте у человека. Восстанавливаются даже целые части тела, например, рога у самцов оленей, сброшенные естественным путем.

Различают два основных вида регенерации: физиологическую и репаративную.

Физиологической регенерацией называют восстановление структур, утраченных в ходе нормальной жизнедеятельности. Это естественный процесс обновления, идущий непрерывно в онтогенезе, но с различной интенсивностью и скоростью на определенных этапах. Он обеспечивает возможность постоянного выполнения жизненных функций. Физиологическая регенерация лежит в основе важного свойства жизни – самообновления. Отдельные примеры ее приведены выше. Контролируется и направляется процесс нейрогуморальным путём. В экспериментах на птицах показано, что при удалении гипофиза линька у кур замедляется, а при введении тиреотропного гормона ускоряется. У кастрированных птиц линька происходит непрерывно.

Репаративная регенерация – это восстановление определенных структур или их замещение после повреждения. Очевидно, что этот процесс совершенствовался и усложнялся в ходе эволюции, так как представлял шансы на выживание после экстремальных воздействий. Поэтому диапазон репаративной регенерации очень значителен – от восстановления отдельных клеток до реконструкции частей тела.

В ходе репаративной регенерации может наблюдаться наряду с нормальным процессом гипотипия и гипертипия. Гипотипия – это недостаточное восстановление, например, у амфибий отрастает один или два пальца конечностей взамен всех утраченных. Гипертипия – избыточное восстановление. После отрыва хвоста у ящериц иногда наблюдается формирование двух и более хвостов.

Существует два вида репаративной регенерации — гомоморфоз и гетероморфоз. При гомоморфозе восстанавливается морфологическая структура такого же типа как утраченная. Гетероморфоз – это атипичная регенерация с восстановлением иной морфологической структуры. Например, поврежденная мышечная ткань замещается соединительной тканью. На органном уровне вместо удаленного у рака глаза формируется антенна. Ведущей причиной таких явлений считается нарушение нейротрофических процессов в поврежденной области.

Пути репаративной регенерации

Выделяют три основных направления, по которым может осуществляться репаративная регенерация: эпиморфоз, морфолаксис, эндоморфоз.

Эпиморфоз – это отрастание от раневой поверхности. Процесс складывается из нескольких последовательных стадий:

1. Эпителизация раневой поверхности после отделения структуры;

2. Образование регенерационной бластемы, недифференцированной обособленной группы клеток (ростковая почка);

3. Дифференцировка клеток зачатка и закладка тканевых компонентов;

4. Рост и Формообразование.

Подобным образом регенерируют обычно утраченные конечности или другие выступающие части тела. Для инициации процессов эпиморфоза необходимы регуляторные воздействия со стороны нервных проводников (периферические нервы) в области повреждения.

Морфолаксис – регенерация путем перестройки сохранившегося участка без новообразования. Регенерат от раневой поверхности не отрастает, происходит только перегруппировка на клеточном и тканевом уровне оставшихся частей. Размеры нового органа значительно меньше, чем исходного и разграничить регенерат и культю трудно. Примером может служить регенерация лапки таракана, щупальца у гидры, и т. д.