Главная страница Случайная лекция Мы поможем в написании ваших работ! Порталы: БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика Мы поможем в написании ваших работ! |
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ
9.1 Индивидуальное развитие (онтогенез) Процесс последовательного образования из зиготы зародыша и формирование органов с определёнными признаками и свойствами называется индивидуальным развитием или онтогенезом. В основе индивидуального развития многоклеточных организмов лежит митотическое деление клеток. Индивидуальное развитие (онтогенез) является следствием и отражением длительного исторического процесса взаимосвязи организма с внешней средой. Этот процесс отбора закрепляется в генотипе организма. В процессе онтогенеза происходит дифференциация клеток саматических тканей, при этом претерпевают изменения и теряют в большинстве случаев однородность их ядра и хромосомы. Онтогенез, несмотря на его целостность, складывается из последовательно проходящих морфологических и физиологических процессов. Онтогенез (от слова ontos – существо, genesis – происхождение) процесс индивидуального развития организма от оплодотворённой яйцеклетки до его естественной смерти. Сигналом для начала деления воспроизводящей клетки и развития нового организма служит проникновение в яйцеклетку сперматозоида (спермия у растений) или действие какого – либо внешнего фактора. Но известны случаи, когда такого сигнала до начала развития яйцеклетки не требуется. Некоторые виды ящериц размножаются партеногенетически, без какого – либо участия мужских гамет. Среди тлей есть виды с чередующимся половым и бесполым способом размножения: летом потомство развивается из неоплодотворённых яиц, весной и осенью у тех же насекомых яйца оплодотворяются самцами. Онтогенез высших растений, в том числе древесных, представлен гаплофазой и диплофазой. Продолжительность этих фаз у разных видов неодинакова. Например, у сосны обыкновенной от мейоза и образования макроспор до оплодотворения и образования зиготы (гаплофаза) проходит 11 – 13 месяцев, у осины около 1 месяца. Диплофаза, т.е. период от образования зиготы до естественной смерти дерева охватывает у тех же и многих других видов десятки и сотни лет (известны отдельные деревья дуба старше 1000 лет). Онтогенез растений складывается из качественно различных этапов. 9.2 Основные этапы онтогенеза Развитие любого организма можно разделить на четыре последовательно проходящих периода. 1. Эмбриональное развитие. В этот период из оплодотворенной яйцеклетки возникает зародыш, а затем молодая способная к самостоятельной жизни особь. Развитие нового организма начинается с момента оплодотворения. При этом ядро яйцеклетки сливается с ядром сперматозоида, материнские и отцовские хромосомы объединяются в одном общем ядре и создается новый генотип, на основе реализации которого происходит всё дальнейшее развитие организма. Оплодотворенная яйцеклетка сначала делится на две клетки, а затем последовательно на 4, 8, 16 и т.д. клеток. 2. Постэмбриональное развитие. Этот период продолжается от рождения организма до наступления у него половой зрелости. 3. Зрелость и размножение – от начала плодоношения до старости. 4. Старость. Этот последний период заканчивается смертью организма. Следует отметить, что выделяемые этапы качественно и количественно отличаются друг от друга. На каждом этапе растение, имеет специфический набор признаков и определённые функциональные различия. Жизненный цикл покрытосеменного развития осуществляется в процессе формирования и развития органов, т.е. органогенеза, когда последовательно реализуется наследственная информация, запрограммированная в генотипе растения. Основные этапы органогенеза следующие: развитие зародыша, формирование семени, развитие почки, затем листа, корня, стебля и репродуктивных органов. Изменение гена или его проявления характеризует онтогенетическую изменчивость.
9.3 Генетическая программа индивидуального развития
Возникшая после слияния отцовского и материнского ядер зигота содержит записанную в структурах молекул ДНК программу развития будущего организма. Дочерние клетки развивающейся зиготы получают информацию, которая позволяет им во взаимодействии с условиями внешней среды формировать новый организм. При этом в нем все гены полностью сохраняются, поэтому при соответствующих благоприятных условиях из каждой клетки растения может развиться целый организм. Все клетки организма, в каких бы тканях и органах они не находились, содержат полный набор генов, такой же, какой имела зигота. Но в каждой клетке действует только часть генов, связанная с дифференциацией данного типа клеток. Одни гены функционируют во всех клетках организма, например гены, контролирующие дыхание, проницаемость мембран, синтез АТФ и др., другие – только в определённых. Каждая клетка характеризуется своим набором активных генов. Чем больше специализированы клетки, тем меньше в них активных генов. Но разные гены работают не только в различных клетках, но и в разное время, в разные периоды развития особи.
9.4 Дифференциальная активность генов в онтогенезе
Экспериментально доказано, что гены работают не всегда, есть определенная закономерность в очередности работы генов, неработающие гены сохраняются в клетке в течение всей ее жизни и, при определенных условиях, снова могут начать работать. Это явление называется дифференциальной активностью генов. Под термином работа гена имеется в виду способность участка молекулы ДНК транскрибировать информационную РНК. Иначе говоря, ген работает тогда, когда с него снимаются копии в виде комплементарных молекул РНК, которая проникая в цитоплазму прикрепляется к рибосомам и на которой происходит синтез белка в соответствии с последовательностью расположения нуклеотидов. Ген не работает – это означает, что с него копий не снимается и он не участвует в синтезе белка. Гены в рабочем состоянии называются активными, в нерабочем – репрессивными. В основе дифференциации тканей лежит различная активность генов. В специализированных клетках работает ограниченная группа генов, так как большая часть их репрессирована. Но ДНК и гены во всех клетках одинаковы, поэтому их активность должна определяться какими – то другими механизмами, включение которых не связано с действием генов. Таким образом механизмами активизации генов являются различия в структуре цитоплазмы, тканевая индукция и гормоны. Яйцеклетка созревает под контролем генов, определяющих разнокачественность частей цитоплазмы. В каждой части цитоплазмы активируются различные гены, что приводит в процессе размножения клеток к тканевой дифференциации. Затем в процесс вступает эмбриональная индукция – воздействие одних тканей зародыша на другие. Это воздействие выражается в активизации новых генов в индуцируемой ткани. Предполагают, что клетки ранее образующейся ткани выделяют вещества, способные активизировать работу генов, необходимых для дифференциации другой ткани (тканевая индукция). Гормональнаярегуляция – наиболее хорошо изучает механизм активизации генов. Гормоны могут воздействовать на гены непосредственно, или вызвать появление в цитоплазме каких – то специфических веществ, действующих затем на гены. Так как гормоны представлены химическими соединениями различной природы и сложности, второе предположение считается обоснованным. Одни гормоны – очень сложные белки, другие – короткие цепочки полипептидов, третьи – простые производные аминокислот. Гормоны, проникая в клетку, разрушают гистоны или блокируют их вместе на отдельные локусы хромосомы. Хромосомная регуляция общей активности клетки и генная регуляция синтеза соответствующего фермента у растений осуществляется вместе с выходом семян из состояния покоя Функциональные изменения хромосом выражаются в образовании своеобразных вздутий – пуффов. Пуффы – локусы хромосом, в которых осуществляется синтез и - РНК, т.е. происходит интенсивная работа генов. Итак, генетическая информация в процессе развития организма реализуется в следующих последовательных и взаимосвязанных этапах: 1) Активация хромосом и генов под влиянием внутренних и внешних факторов дифференциации; 2) Образование хромосомных пуффов и синтез и – РНК на активированных генах; 3) Синтез специфических белков на матрицах и – РНК в рибосомах цитоплазмы; 4) Развитие дифференцированных клеток, признаков и свойств организма на основе преобразования белковых молекул в цепи сложных, последовательно связанных биохимических и морфологических превращений. Живой организм – саморегулирующаяся биологическая система. Существование этой системы обеспечивается непрерывным обменом веществ со средой, из которой она получает энергию и нужные химические вещества.
Дата добавления: 2014-08-09; просмотров: 647; Нарушение авторских прав Мы поможем в написании ваших работ! |