РОСТ И РАЗВИТИЕ
Оглавление.
1.Введение.
Мне очень нравиться биология как предмет, поэтому я, не раздумывая,
выбрал её. С темой для реферата было сложнее, но, в конце концов, я её
выбрал. Трудно сказать, почему именно её. Возможно, даже я сам не знаю ответа на этот вопрос. В процессе создания исследовательского проекта я столкнулся с несколькими темами, которые являются весьма актуальными в наше время.
Во-первых, сама тема “Рост и Развитие”. Человечество побывало в глубинах океанов, на вершинах самых высоких гор, в космосе, а в самом себе человек не может разобраться уже много веков. И хотя сейчас о росте
и развитии человека достаточно много известно, этого ещё не хватает для полной картины. Выяснить остальное – наша задача.
Во-вторых, в реферате частично затронуты такие проблемы, как клонирование млекопитающих, акселерация. Всем известны опыты по клонированию высших млекопитающих (плацентарных), проводящиеся моральности этого поступка.
Я надеюсь, что мой проект будет полезным и интересным.
2. Рост.
Способность к росту – одна из главных особенностей всех живых организмов. Обычно ростом называют увеличение размеров клетки, органа, организма за счет процессов биосинтеза, хотя это определение неполно. Во время дробления зиготы и на ранних стадиях развития зародыша происходит увеличение числа клеток без увеличения общих размеров, то есть объёма и массы. Это результат клеточных делений без последующего роста дочерних клеток. Этот процесс, по-видимому, следует считать ростом, хотя увеличения размеров при этом не происходит. Напротив, истинным ростом нельзя считать увеличение размеров растительной клетки из-за поглощения воды, так как этот процесс иногда бывает обратным. У одноклеточных организмов (таких как бактерии, одноклеточные водоросли) клеточное деление приводит к репродукции (но не к росту) данной особи и к росту популяции.
Развитие так тесно связано с ростом, что для описания процессов, которые обычно считают ростом, часто пользуются термином “рост и развитие”. Рост многоклеточного организма, начинающийся с одной клетки, можно разделить на три стадии:
Определение понятия “рост” должно удовлетворять критерию увеличения размеров, а также учитывать связанную с ростом метаболическую активность. Таким образом, рост можно определить, как необратимое увеличение сухой массы протоплазмы. Рост может быть как положительным, так и отрицательным. Положительный рост – анаболизм преобладает над катаболизмом, отрицательный – катаболизм преобладает над анаболизмом. Например, при прорастании семени многие параметры, такие как количество клеток, их размеры, сырая масса, объём, сложность формы, возрастают. А другие, такие как сухая масса, уменьшаются. Следовательно, прорастание представляет собой период отрицательного роста.
Рост можно измерять на разных уровнях биологической организации. Например, можно измерять рост клетки, организма или всей популяции. На уровне отдельного организма можно измерять множество параметров:
и т.д. При построении кривых роста животного или растения чаще всего используют длину и массу. Массу можно оценивать по двум показателям – по сырой и сухой массе. Сырую массу измерять легче, потому что это не требует специальной обработки и не причиняет организму вреда. Главный недостаток сырой массы – данные могут варьировать из-за колебаний содержания влаги в тканях организма.
Единственный надёжный способ измерения роста – это определение сухой массы, но для этого организм нужно убить. Его высушивают в печи при температуре 110 ° С. Затем его охлаждают и взвешивают. Эти процедуры повторяют до тех пор, пока масса не станет постоянной, что и будет соответствовать сухой массе. К сожалению, при взвешивании сухой массы нельзя многократно измерять один и тот же организм на протяжении длительного времени.
Если измерять клетку, организм или популяцию, то во всех случаях график зависимости измеряемого параметра от времени представляет собой S -образную кривую роста (сигмоидную кривую роста).
S -образную кривую роста можно разделить на четыре участка:
1.Начальная фаза – характеризуется незначительным ростом.
2.Логарифмическая фаза – фаза интенсивного роста. Во время этой фазы наступает период самого интенсивного роста. Но через некоторое время скорость роста начинает замедляться. Точку, после которой это происходит, называют точкой перегиба.
3.Фаза замедления – рост ограничивается из-за влияния какого-нибудь внешнего или внутреннего фактора или того и другого вместе.
4. Типы роста.
Существуют два типа роста. Первый тип определяется как отношение роста отдельного органа к росту всего тела. К первому типу роста относиться изометрический и аллометрический рост. Изометрический рост – это рост, при котором данный орган растет с такой же скоростью, как и всё тело. Аллометрический рост – это рост, при котором данный орган растёт иначе, чем остальное тело. Изометрический рост характерен для рыб и для насекомых с неполным превращением, например, саранчи (кроме крыльев и половых органов).
Аллометрический рост характерен для млекопитающих, в том числе и для человека. Он иллюстрирует зависимость роста и развития. Почти у всех животных развитие и специализация органов размножения происходит в последнюю очередь. Эти органы растут аллометрически, но это можно наблюдать только у животных с наружными половыми органами. Поэтому у рыб, у которых они внутренние, рост кажется чисто изометрическим.
Ко второй категории относятся ограниченный и неограниченный рост, то есть бесконечный. У однолетних растений рост ограничен. После того как растение достигнет зрелости, оно умирает, причём гибель наступает после периода отрицательного роста. Некоторым частям растений также свойственен ограниченный рост (например, плодам, органам вегетативного размножения, листьям и междоузлиям стебля у двудольных). Ограниченный рост присущ также насекомым, птицам и млекопитающим.
Неограниченный рост имеет место у многолетних древесных растений, грибов, низших растений, многих животных, в особенности беспозвоночных, рыб и рептилий. Неограниченный рост характерен также для листьев однодольных растений. Для древесных растений подходит кривая роста, слагающаяся из ряда S -образных участков.
Своеобразный тип роста наблюдается у ракообразных, насекомых с неполным превращением и личинок насекомых с полным превращением.
У этих членистоногих наружный скелет состоит из хитина и поэтому не эластичен. Рост в длину у них происходит как бы рывками. Но кривые роста, основанные на длине, не дают общего впечатления о росте. Если вместо длины взять за меру сухую массу, то в результате получиться типичная S -образная кривая. Это указывает на то, что истинный рост непрерывен.
У многоклеточных растений, в отличие от животных, рост происходит лишь на определённых участках, называемых меристемами (исключение составляет только ранняя стадия развития зародыша).
Меристема – это группа клеток, сохраняющая способность к митотическому делению. В результате этого деления образуются дочерние клетки, формирующие постоянную ткань растения из клеток, уже не способных делиться.
Сначала происходит первичный рост. Он заключается в том, что в его результате может сформироваться целое растение. Первичный рост характерен для всех растений, но для большинства однодольных и травянистых двудольных растений он является единственным ростом.
В нём участвуют апикальная , реже – интеркалярная меристемы.
Вторичный рост происходит у кустарников и деревьев (древесных растений) вследствие активности латеральных меристем. Как правило, вторичный рост связан с отложением вторичной ксилемы (древесины), которая совершенно изменяет первичную структуру и составляет всем известную особенность деревьев и кустарников. Хотя для травянистых не характерен вторичный рост, некоторые элементы его всё же присутствуют. Так у подсолнечника наблюдается развитие добавочных проводящих пучков и, как следствие этого, - вторичное утолщение стебля.
6.Регулирование роста и развития.
Процесс роста и развития определяется, в конечном счёте, информацией, содержащейся в его ДНК. Однако рост – результат взаимодействия между ДНК и факторами внешней и внутренней среды. К внешним факторам относятся свет, тепло, пища, вода и другие. Внутренняя среда слагается под действием гормонов и цитоплазматических белков. Внешняя среда также может оказывать влияние на внутреннюю среду организма. К примеру, при отсутствии в пищевом рационе человека йода организм человека не может вырабатывать гормон токсинтироксин, и это может привести к замедлению роста.
Ещё один простой пример влияния внешней среды на рост и развитие. Одна из особенностей людей нашего времени – акселерация. Она проявляется в ускоренном психическом и физическом развитии человека. Человек сейчас на 10 см выше, чем 100 лет назад. Среди причин акселерации отмечаются: лучшее питание, занятия спортом, потребление витаминов, искусственное увеличение светового дня, повышение уровня радиации и содержания СО 2 в атмосфере и другие причины.
В недавних экспериментах по пересадке тканей было установлено, что одна ткань может влиять на скорость роста другой, регулировать её рост.
7.Развитие.
Рост – это не только увеличение сухой массы, но и последующий процесс развития. В процессе развития клетки специализируются (дифференцируются) для выполнения различных функций в организме, то есть между ними происходит распределение обязанностей. Степень дифференцировки клеток связана с уровнем биологической организации .
Самая интригующая проблема специализации – это вопрос о её механизме.
Главным фактором роста служит деление клеток, но тогда это означает, что все клетки, образовавшиеся из исходной зиготы или споры, должны иметь идентичную структуру и функцию. Очевидно, что на самом деле всё не так. Но какие же механизмы создают различные клетки, ткани, органы, системы органов?
Различие могло бы достигаться двумя способами:
После опытов Стюарда и Гердона соответственно в 1960 1967 гг. была доказана правильность второго способа. Их опыты заключались в том, что они помещали дифференцированную клетку в подходящие условия и получали через некоторое время целый организм (из клетки моркови – целую морковь, из клеток кишечного эпителия лягушки, точнее из их ядер, пересаженных в яйцеклетки с предварительно разрушенными ядрами – целую шпорцевую лягушку). Это означало, что клетки и их ядра всю необходимую информацию. С помощью этого метода можно получить любое число генетически идентичных организмов – клонов.
Метод получения клонов называется клонирование .
В настоящее время предпринимаются попытки по клонированию млекопитающих, хотя это и сопряжено с большими трудностями из-за высокой степени специализации клеток млекопитающих. На дифференцировку оказывают влияние и гормоны. Они могут оказывать прямое или косвенное воздействие на гены, в определённой последовательности “включая” или “выключая” их. Сейчас имеются данные, указывающие на то, что влияние гормонов на процессы роста и развития, в том числе и не дифференциацию, сходны у всех организмов.
Личинка – стадия развития многих животных, например кишечно -
полостных, ленточных червей, ракообразных, насекомых, частично рыб и амфибий и т. д. Личинки ведут самостоятельный образ жизни, отличаются от взрослых форм по внутреннему и внешнему строению. Очень показательный пример отличия по внутреннему строению – оболочники. У личинок оболочников есть хорда, а у взрослых форм, кроме одного исключения, - нет. Личинки обычно служат стадией, предназначенной для расселения и обеспечивающей распространение вида. Это особенно важно для сидячих организмов, так как устраняет проблему перенаселения.
Личинки отличаются от взрослых особей и по биологии питания, и по своему местообитанию, и по способам передвижения (летающая стрекоза и её плавающая личинка), особенностям поведения. Благодаря этому один вид может на протяжении всего жизненного цикла пользоваться возможностями, предоставленными двумя экологическими нишами. Это увеличивает шансы на выживание вида.
Другая особенность личинок заключается в том, что они могут приспособиться к различным условиям, ожидающим их во второй жизни, они обладают физиологической выносливостью. Так что не следует считать, что личинки – это непременно какие-нибудь недоразвитые формы. Во многих случаях они достигают весьма высокой организации, когда недоразвитыми остаются только половые органы. Но у аксолотля (амфибии) даже половые органы развиты до такой степени, что он может размножаться.
9.Развитие позвоночных.
Изменения, происходящие при превращении личиночной формы во взрослую, конечно, впечатляют, их значение огромно, но они кажутся незначительными по сравнению с изменениями, происходящими после оплодотворения яйцеклетки. По имеющимся данным у человека 42 клеточных поколения из 47 приходится на период внутриутробного развития. Эмбриональное (зародышевое) развитие изучает наука эмбриология . По её данным события, происходящие в этот период, сходны у всех животных. Они помогают нам лучше понять происхождение тканей, органов, систем органов и функциональные связи между ними. Эмбриональное развитие удобней всего разделить на три стадии, хотя следует помнить, что процесс развития непрерывен, и каждая стадия плавно переходит в другую, между ними нет чётких границ.
Первая стадия это дробление яйца. Дробление – митотические деления зиготы, которые происходят после оплодотворения. Его вызывает оплодотворение. В результате дробления получаются дочерние клетки (бластомеры), образующие полый шар – бластулу , внутреннюю плоскость которого называют бластоцель .
Второй процесс – гаструляция . Он начинается с образования в бластуле круглого отверстия – бластопора . Далее клетки бластулы делятся, дифференцируются и выпячиваются внутрь через бластопор. При этом бластоцель исчезает и образуется полость первичной кишки ( архентерон ). Клетки располагаются в виде трёх отдельных зародышевых листков в трёхслойной структуре, называемой гаструлой .
Зародышевые листки – эктодерма, мезодерма и энтодерма . Они приобретают определённую организацию, что служит подготовкой к третьей стадии.
При органогенезе (третьей стадии) происходят дальнейшие клеточные деления, рост и дифференцировка приводят к образованию хорды, центральной нервной системы, развитию мезодермы. У позвоночных образуются ткани, органы, системы органов. Органогенез заканчивается вылуплением из яйца или рождением детёныша.
На развитие и рот позвоночных влияют гормоны, выделяемые четырьмя железами: щитовидной, печенью, корой надпочечников и половыми железами. Этот процесс происходит под контролем гипофиза – железы, расположенной у основания головного мозга. В свою очередь на гипофиз оказывают влияние особые стимулирующие и ингибирующие (задерживающие) факторы, вырабатываемые гипоталамусом . Из гипофиза было экстрагировано вещество, способное увеличивать массу тела и названное гормоном роста.
10. Восстановление и регенерация.
Когда организм достигает своих окончательных размеров, рост клеток не прекращается. Если в результате старения, заболеваний, несчастных случаев или нападения других организмов он утратил или повредил часть клеток, то это не может стимулировать деление и дифференцировку клеток, что приводит к заживлению ран, восстановлению или замещению повреждённых или недостающих тканей.
У млекопитающих такие ткани как кожа, клетки кишечного эпителия и клетки крови, непрерывно, на протяжении всей жизни, замещаются. В других органах (печени, щитовидной и поджелудочной железах) клетки взрослой особи почти не делятся, но если убрать часть органа, то остальные клетки начнут усиленно делиться и дифференцироваться, пока орган не вернётся в первоначальное состояние. Этот процесс называется компенсаторной гипертрофией. Только клетки нервной системы не способны к восстановлению.
Регенерация очень часто наблюдается у растений и лежит в основе их вегетативного размножения. У животных она, по-видимому, зависит от сложности организации. Из животных поразительных результатов добились губки, кишечнополостные, плоские черви. Они могут регенерировать целую особь из небольшого куска особи. У ракообразных, насекомых, иглокожих и личинок амфибий возможна регенерация конечностей, у взрослых ящериц – хвостов. Ящерицы в случае нападения сами отламывали себе хвосты, чтобы отвлечь внимание хищника и успеть спастись бегством. Эта способность самопроизвольно сбрасывать придатки тела получила название аутотомин.
11.Состояние покоя.
На протяжении жизненного цикла у многих растений и животных наблюдаются периоды, когда метаболическая активность и рост снижаются до минимума. Это периоды покоя, наблюдаемые у взрослых организмов на одной из стадий развития или у специализированных репродуктивных структур (таких как споры, семена). Период покоя наступает под влиянием изменений во внешней среде. Его биологическая роль состоит в том, чтобы дать возможность виду пережить неблагоприятные времена. У животных есть три формы покоя, в которых участвуют физиологические адаптации, позволяющие переносить экстремальные внешние условия.
Диапауза – своеобразная остановка развития, наблюдаемая у насекомых. Этот термин обозначает также период покоя, характерный для цист простейших и для зимующих яиц многих пресноводных организмов. Диапауза создаёт возможность для координирования времени появления потомства насекомых в период изобилия кормов. Главный фактор,
вызывающий диапаузу – длина светового дня (фотопериод), хотя её могут также определять наличие пищи, температура и влажность.
Летняя спячка (эстивация) наблюдается у некоторых рыб (двоякодышащих) и амфибий в периоды жаркой, сухой погоды. Это особое состояние покоя, когда рыбы и амфибии забиваются в ил и понижают метаболизм (и, следовательно, рост) до минимума, чтобы пережить дефицит влаги. Во время спячки они дышат атмосферным воздухом. Нормальная активность возобновляется только после периода засухи, когда водоём снова заполняется водой.
Зимняя спячка (гибернация) связана с периодом низких температур. При настоящей спячке температура тела падает почти до температуры окружающей среды, сокращения сердца, дыхание, метаболизм, рост и процессы развития резко замедляются.
Среди организмов, впадающих в зимнюю спячку, можно назвать ежей, землероек, грызунов (сурки, хомяки, суслики сони), насекомоядных летучих мышей, нескольких птиц (колибри). Большинство других животных находятся в состоянии оцепенения (сна, псевдоспячки). В случае повышения температуры они могут просыпаться, чтобы подкормиться имеющимися у них запасами, для мочеиспускания и дефекации.
Судя по имеющимся данным, в крови содержится какое-то вещество, способное стимулировать спячку. Спячка не спасает животных от гибели при очень сильном охлаждении, но они избегают замерзания, сохраняя всеми способами тепло: гнёзда или норы, уменьшая поверхность тела (свёртывание в комок, погружение морды в мех). Если и это не помогает, животные чтобы повысить температуру тела. Начинают двигаться или же повышают метаболизм, не просыпаясь.
Многие животные запасают энергию в виде липидных капель в буром жире. Они расходуют эти запасы на протяжении всей спячки. Но несмотря на все эти ухищрения, направленные на выживание в холодное время года, некоторым особо подвижным животным удаётся избежать холодов. Они просто мигрируют в более подходящий по климатическим условиям район. Так они избегают необходимости в спячке.
12. Термины.
1. Аллометрический рост (греч. allos – другой и metron – мера) – неравномерный рост.
2. Анаболизм (греч. anabole – подъём) – совокупность химических процессов в живом организме, заключающаяся в синтезе сложных молекул из более простых с запасанием энергии.
3. Апикальная меристема – образовательная ткань растения. Находится в области точек роста: верхушка побега, кончик нарастания корня.
4. Биосинтез – процесс образования необходимых организму веществ, протекающий с участием катализаторов. Из простых веществ образуются более сложные.
5. Бластула – первая стадия развития зародыша из яйцеклетки. Представляет собой полый однослойный шар с внутренней полостью – бластоцелем.
6. Гаструла – вторая стадия развития зародыша.
7. Гиперплазия – деление клеток в результате делений митоза.
8. Гипертрофия – рост клеток, увеличение размеров клеток в результате поглощения воды или синтеза протоплазмы.
9. Гипоталамус – отдел промежуточного мозг, регулирует обмен веществ, деятельность пищеварительной и других систем, некоторые железы, механизмы сна, эмоции.
10. Гормоны – БАВ, вырабатываемые в организме специальными клетками или органами.
11. Диапауза – своеобразная остановка развития, период покоя с целью переживания неблагоприятных условий среды обитания.
12. Дифференциация клеток – специализация клеток организма при его развитии.
15 . Зигота (греч. zygotes – соединённый вместе) – оплодотворённое яйцо, диплоидная клетка, образуется в результате слияния половых клеток (гамет), начальная стадия развития зародыша.
16 . Изометрический рост – равномерный рост частей тела.
17. Интеркалярная меристема – образовательная ткань растения, которая находится в узлах побегов.
18. Катаболизм – совокупность химических процессов, расщепление сложных органических веществ, при котором происходит высвобождение энергии.
19. Клон (греч. klon – ветвь, отпрыск) – результат бесполого размножения, ряд поколений наследственно однородных потомков.
20. Ксилема – ткань высших растений, служащая для проведения воды и растворённых минеральных солей.
21. Липиды (греч. lipos – жиры) – жироподобные вещества, образуют энергетический резерв организма, содержатся во всех клетках.