Историческое развитие филогенез организмов Знание закономерностей эволюционных

Историческое развитие (филогенез) организмов

Знание закономерностей эволюционных преобразований органов и систем у животных, относящихся к одной группе с Ч. (тип Хордовые) позволяет врачу понять причины появления врожденных аномалий развития, существования рудиментов, проявления атавизмов, найти оптимальные пути реконструкции и лечения

Филогенез процесс исторического становления и развития отдельных видов и других таксонов Филогенез Исторический ряд прошедших отбор онтогенезов, связанных между собой: предок-потомок (И. И. Шмальгаузен)

Все существующие в настоящее время организмы связаны между собой историческим родством

Развитие организмов (эволюция) осуществляется посредством развития приспособлений (адаптаций) к изменяющимся условиям окружающей среды

Строение и функции современных организмов – результат длительных эволюционных изменений структур и функций предковых форм

Закономерности эволюционных изменений организмов изучает эволюционная морфология Основной метод ЭМ= метод тройного параллелизма: Палеонтология, Сравнительная анатомия, Сравнительная эмбриология

БЭР КАРЛ МАКСИМОВИЧ [1792 — 1876], русский естествоиспытатель, основатель эмбриологии ЗАКОНЫ БЭРА (1828) 1. ЗАКОН зародышевого сходства: На ранних этапах эмбриогенеза зародыши различных групп (в пределах типа) сходны между собой 2. ЗАКОН эмбриональной дивергенции: В процессе эмбриогенеза (на поздних стадиях) возникает расхождение признаков зародышей разных систематических групп 2. ЗАКОН последовательности появления признаков: В процессе эмбриогенеза признаки разного систематического ранга появляются последовательно др. за др. : типа, класса, отряда, 8 рода, вида, индивидуума

ГЕККЕЛЬ, ЭРНСТ ГЕНРИХ (Haeckel, Ernst Heinrich) (1834– 1919), немецкий естествоиспытатель + Ф. Мюллер 1864 1866 биогенетический закон, «в индивидуальном развитии организма воспроизводятся основные этапы его эволюции» ОНТОГЕНЕЗ ВСЯКОГО ОРГАНИЗМА ЕСТЬ КРАТКОЕ И БЫСТРОЕ ПОВТОРЕНИЕ ФИЛОГЕНЕЗА ДАННОГО ВИДА 9

Чарльз Дарвин Charles Darwin 12. 02. 1809 19. 04. 1882 подтвердил связь между онтогенезом и филогенезом, создал учение о РЕКАПИТУЛЯЦИИПОВТОРЕНИИ У ЗАРОДЫШЕЙ В ПРОЦЕССЕ ОНТОГЕНЕЗА ПРИЗНАКОВ ИХ ПРЕДКОВ ПО ФИЛОГЕНЕЗУ

ИЗМЕНЕНИЯ морфофункциональные ПРОГРЕССИВНЫЕ Ведут к освоению новых функций, совершенствованию прежних РЕГРЕССИВНЫЕ Уменьшение числа функций может сопровождаться общим ослаблением организма, при этом и главная функция теряет свое значение

рудимент Функция остается хотя бы в незначительной степени. • Рекапитуляция с последующей редукцией органа, утратившего в процессе филогенеза функциональное значение Когда F утрачивается полностью -орган исчезает бесследно Иногда рудиментарный орган развивается полностью, как у предковых форм- Атавизм -рекапитуляция без последующей редукции

ИЗМЕНЕНИЯ Места закладки органа = ГЕТЕРОПОПИЯ Времени закладки органа = ГЕТЕРОХРОНИЯ неодновременная скорость преобразования различных систем = ГЕТЕРОБАТМИЯ

ФИЛЭМБРИОГЕНЕЗЫ ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ, КОТОРЫЕ ВКЛЮЧАЮТСЯ В ФИЛОГЕНЕЗ ВЗРОСЛЫХ ОРГАНИЗМОВ (А. Н. Северцов) анаболии девиации архаллаксисы

ФИЛЭМБРИОГЕНЕЗЫ ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ, КОТОРЫЕ ВКЛЮЧАЮТСЯ В ФИЛОГЕНЕЗ ВЗРОСЛЫХ ОРГАНИЗМОВ (А. Н. Северцов) Анаболии Надставки, дополнения в развитии органа Законченный морфообразователь ный процесс (полная рекапитуляция) дополняется дальнейшей дифференцировкой: от 2 -х камерному к 4 х камерному

ФИЛЭМБРИОГЕНЕЗЫ ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ, КОТОРЫЕ ВКЛЮЧАЮТСЯ В ФИЛОГЕНЕЗ ВЗРОСЛЫХ ОРГАНИЗМОВ (А. Н. Северцов) девиации Уклонения в развитии органа На определенном этапе морфообразователь ного процесса (частичная рекапитуляция) развитие органа идет по другому пути (развитие чешуи рептилии)

ФИЛЭМБРИОГЕНЕЗЫ ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ, КОТОРЫЕ ВКЛЮЧАЮТСЯ В ФИЛОГЕНЕЗ ВЗРОСЛЫХ ОРГАНИЗМОВ (А. Н. Северцов) архалаксисы Изменения закладки органа В начале морфообразовательного процесса (рекапитуляция отсутствует) возникшая гетеротопия или гетерохрония определяет развитие органа по новому пути (развитие волосяного покрова у Млекопитающих)

Характер филэмбриогенеза Зависит от типа возникшей мутации генов, активных на разных этапах морфообразовательного процесса Анаболии В конце Девиации В середине Архаллаксисы В начале

Интегрирующие факторы эволюции, обеспечивающие целостность онтогенеза и филогенеза Корреляции Взаимоотношения между частями организма, обеспечивающие целостность его онтогенеза координации Устойчивые взаимоотношения между органами или частями организма в процессе эволюции

Онтофилогенетические механизмы возникновения пороков развития человека: рекапитуляция параллелизмы Результат недостаточности или отсутствия анаболий в критические периоды развития: 3 -хкамерное сердце, сохранение 2 -х дуг аорты Независимое появление сходных признаков у человека и животных

Параллелизмы независимое появление сходных признаков у человека и животных 1. Развитие признаков аномальных для человека, но нормальных для животных (двурогая матка- Н для хищников, порок-для Ч. ) 2. Развитие наследственных признаков аномальных для человека и животных (расщелина верхней губы- аномалия для Ч. и мыши) 3. Развитие сходных заболеваний ненаследственного характера (нефробластома у Ч. и поросят)

Сравнительный обзор систем органов позвоночных

1. Филогенез покровов тела хордовых происхождение Эктодермльное (эпидермис) Мезодермальное (дерма) Функции кожи: Защитная Терморегуляторная Выделительная Обменная дыхательная

Основные направления эволюции покровов Хордовых: 1. Разделение покрова на эпидермис (наружный) и дерму (внутренний) 2. Дифференцировка эпидермиса и дермы на слои 3. Дифференцировка производных кожи (роговых и железистых)

однослойный эпителий (эпидермис), который располагается на подстилающей его тонкой базальной мембране. Сверху эпидермис покрыт кутикулой, поверхностной плёнкой из мукополисахаридов, выделяющейся из эпидермальных желёз Под эпителием находится тонкий слой студенистой соединительной ткани — кориум, или кутис. Наружные покровы прозрачны, почти не пигментированы.

эволюционное древо вторичноротых, основанное на аминокислотных последовательностях 1090 белков. Актиния и дрозофила использованы в качестве внешних групп. Относительная длина ветвей отражает количество аминокислотных замен, произошедших в данной эволюционной линии. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature http: //elementy. ru

Эпидермис многослойный. Дерма плотная, имеет волокна, сосуды, нервы. Производные кожи: одноклеточные слизистые железы, чешуя Плакоидная Ч. (Хрящевые рыбы ), гомологична зубам всех позвоночных; заходя в рот, плакоидные чешуи превращаются в зубы у акул и скатов. состоит из дентина и эмали, которые по химическому составу не отличаются от дентина и эмали зубов человека. Утраченные плакоидные чешуи не возобновляются, но при росте рыбы их количество увеличивается.

Чешуя настоящих костистых рыб эласмоидная -сами чешуйки анатомически являются тонкими костными пластинками; гребенчатая поверхность чешуи улучшает гидродинамические свойства рыб. Окраска рыб может варьировать в очень широких пределах

Кожа является дополнительным органом газообмена и снабжена густой сетью капилляров. Кожа богата кожными железами, выделяющими слизь.

Защита от высыхания- выход на сушу Наружный кожный покров пресмыкающихся в результате утолщения и ороговения образует чешуйки или щитки. У ящериц роговые чешуйки перекрывают друга, напоминая черепицу. У черепах сросшиеся щитки формируют сплошной прочный панцирь. Плотная и сухая кожа содержит пахучие железы. Слизистые железы отсутствуют. В наружной части внутреннего слоя кожи часто находятся специальные клетки — хроматофоры, в которых секретируются пигменты: меланины и каротиноиды. =способны изменять окраску своего тела за сравнительно короткое время

Хорошо развиты эпидермис (5 слоев) и дерма (слои: сетчатый; сососковый: рецепторы, кровеносные и лимфатические сосуды) Появляется подкожно-жировая клетчатка. Кожные железы: пахучие, потовые, сальные, млечные Производные рогового слоя: волосы, рога, когти, ногти, копыта.

Пороки развития: 1. ихтиоз-чрезмерное развитие рогового слоя (в основе лежат мутации либо нарушения экспрессии генов, кодирующих различные формы кератина) рецессивный Х-сцепленный

Пороки развития: отсутствие потовых желез; избыточная обволошенность лица и тела; многососковость

2. Филогенез скелета хордовых происхождение Мезодермальное Функции кожи: опорная двигательная защитная кроветворная Обменная (депо солей Р, Са) Отделы: 1. Осевой скелет, 2. Скелет головы (череп) 3. Скелет конечностей и их поясов

Основные направления эволюции осевого скелета: 1. Замена хорды позвоночником, хрящевой ткани- костной 2. Дифференцировка позвоночника на отделы (от 2 х- до 5) 3. Увеличение числа позвонков в отделах 4. Появление грудной клетки

У ланцетников хорда (2) выдвигается глубоко вперёд в головной конец, за нервную трубку (3). Пескоройка — личинка миноги (Круглоротые)— представляет собой, как и ланцетник, «живую упрощенную схему типичного хордового» . Она не сосет кровь у рыб, как многие взрослые миноги, а фильтрует воду через жаберные щели, как ланцетник. Фото с сайта www. briancoad. com

круглоротые хрящевые Хорда сохраняется всю жизнь. Появляются зачатки позвонков в виде дуг (хрящевые образования, расположенные над и под хордой): верхние дуги у круглоротых и нижние- у хрящевых рыб

Костные рыбы: развиваются тела позвонков, остистые и поперечные отростки, формируется канал спинного мозга; 2 отдела позвоночника: туловищный (с ребрами) и хвостовой

• В позвоночнике выделяют 4 отдела: шейный, туловищный, крестцовый и хвостовой. Шейный позвонок подвижно причленяется к затылочному отделу черепа (обеспечивает подвижность головы). • Грудина хрящевая. Ребра у хвостатых не доходят до грудины, у бесхвостых-отсутствуют. Единственный крестцовый позвонок соединён с тазовым поясом. У бесхвостых позвонки хвостового отдела срастаются в одну кость.

В позвоночнике выделяют 5 отделов: шейный (8)-обеспечивают большую подвижность головы, грудной, поясничный (22), крестцовый (2) хвостовой. Три пары шейных ребер. Грудная клетка (образуют первые пять ребер пояснично-грудного отдела)

В позвоночнике выделяют 5 отделов: шейный (всегда 7)- грудной (9 -24), поясничный (2 -9), крестцовый (4 -10), хвостовой 94 -46) Редукция шейных и поясничных ребер. Пороки скелета: шейные и поясничные ребра, увеличение числа поясничных и крестцовых позвонков, наличие хвоста

Основные направления эволюции черепа: 1. Объединение лицевого отдела с мозговым 2. Замена хрящевого черепа костным 3. Подвижное соединение черепа с позвоночником

Закладка мозгового отдела происходит из 2 частей: трабекул и парахордарий, которые разрастаются и образуют черепную коробку снизу и с боков. К ней прирастают глазничные хрящи и слуховые капсулы

Расположение хрящевых закладок осевого черепа акулы (вид со спинной стороны). Закладки обведены контурами черепа и головы взрослой акулы: ОК — обонятельная капсула; ОО — обонятельная область; Т — трабекулы: ГО — глазничная область; Гл — глаз; ГХ — глазничные хрящи; Г — гипофиз; СК — слуховая капсула; СО — слуховая область; Пх — парахордалии; ЗО — затылочная область; Х — хорда.

Висцеральный отдел развивается из хрящевых дуг, охватывающих передний отдел пищеварительного тракта. Дуги нумеруются от черепа: 1 -я-челюстная, 2 - подъязычная, 3 -7 - жаберные дуги. Череп акулы. 1 — капсула органов: I — обоняния; II — зрения; III — слуха; 2 — мозговая капсула; 3 — hyomandibulare — подъязычночелюстной хрящ; 4 — подъязычный хрящ — hyoideum; 5 — губные хрящи; 6 — первичные челюсти; передний небноквадратный, задний меккелев хрящ; 7 — небно-квадратный хрящ.

У низших позвоночных челюстная дуга (из небно-крадратного и меккелевого хряща) и подъязычная дуга (гиомандибулярного хряща и гиоида) преобразуются в первичные челюсти Череп акулы. 1 — капсула органов: I — обоняния; II — зрения; III — слуха; 2 — мозговая капсула; 3 — hyomandibulare — подъязычночелюстной хрящ; 4 — подъязычный хрящ — hyoideum; 5 — губные хрящи; 6 — первичные челюсти; передний небно-квадратный, задний меккелев хрящ; 7 — небноквадратный хрящ.

У низших позвоночных челюстная дуга (из небнокрадратного и меккелевого хряща) и подъязычная дуга (гиомандибулярного хряща и гиоида) преобразуются в первичные челюсти У высших позвоночных эти дуги дают начало подъязычному аппарату и слуховым косточкам. 3 и 5 я пары висцеральных дуг у низших развиваются в жаберный аппарат, а у высших- в хрящи гортани

В процессе эволюции идет замена гиостильного типа черепа аутостильным дуги Способ прикрепления лицевого отдела к мозговому Прикрепление через гиомандибулярный хрящ второй висцеральной дуги Первичная верхняя челюсть прикрепляется к мозговому черепу непосредственно

Пороки: увеличение числа костных элементов, несрасщение твердого неба, 1 слуховая косточка и тд.

Основные направления эволюции скелета конечностей: 1. От метаплевральных складок ланцетника к парным плавникам 2. От многолучевого плавника к пятипалой конечности 3. Увеличение подвижности соединения конечностей с поясами 4. Уменьшение числа и укрупнение костей в свободной конечности

Онтофилогенетически обусловленные пороки: добавочные кости запястья, предплюсны, пальцы кисти и стопы

3. Филогенез нервной системы хордовых происхождение эктодермальное Функции : Объединяет структуры организма в единое целое; Регулирует работу органов и систем; Осуществляет связь организма с внешней средой; Обеспечивает психику человека.

Основные направления эволюции нервной системы: 1. Разделение нервной трубки на головной и спинной мозг 2. Эволюция головного мозга: увеличение объема, дифференцировка отделов, появление изгибов; типы ГМ: от ихтиопсидного к зауропсидному и к маммальному 3. Увеличение количества нервных клеток и их концентрации

Основные направления эволюции нервной системы: 4. Формирование коры больших полушарий и центров высшей нервной деятельности 5. Дифференцировка периферической нервной системы

Онтофилогенетически обусловленные пороки: отсутствие полушарий, ихтиопсидный, зауропсидный типы головного мозга и др.

4. Филогенез пищеварительной системы происхождение Эктодермальное Энтодермальное (передний и задний (средний отдел ПС) отделы ПС Функции : Механическая и химическая обработка пищи и всасывание питательных веществ

Основные направления эволюции пищеварительной системы: 1. Разделение пищеварительной трубки на отделы 2. Развитие пищеварительных желез 3. Появление зубов и их дифференцировка 4. Увеличение всасывательной поверхности

Онтофилогенетически обусловленные пороки: расщелина губы и неба, закладка двух рядов зубов, свищи шеи, укорочение кишечника, добавочные доли печени, гетеротопия поджелудочной железы, др.

5. Филогенез дыхательной системы происхождение Энтодермальное Функции : Газообмен между вдыхаемым воздухом (водой) и венозной кровью; Согревание, увлажнение, очищение и проведение воздуха; Образование голоса

Основные направления эволюции жаберного дыхания: 1. От жаберных щелей ланцетника к жаберному аппарату рыб 2. Увеличение дыхательной поверхности за счет образования жаберных лепестков 3. Образование жаберных капилляров

Основные направления эволюции легочного дыхания: 1. Дифференцировка воздухопроводящих путей 2. Увеличение дыхательной поверхности легких 3. Достижения максимального тесного контакта между респираторным эпителием и кровеносной системой

Онтофилогенетически обусловленные пороки: гипоплазия гортани, дыхательных путей или легких, нарушения ветвления бронхов др.

6. Филогенез кровеносной системы происхождение мезодермальное Функции : Дыхательная, трофическая, выделительная, регуляторная, защитная, терморегуляторная, гомеостатическая

Основные направления эволюции кровеносной системы: 1. Появление и дифференцировка сердца (от 2 -х к 4 -х камерному) 2. дифференцировка крупных сосудов 3. Развитие второго (легочного) круга кровообращения и полное разделение артериальной и венозной крови и максимального насыщения крови кислородом

Онтофилогенетически обусловленные пороки: дефект межпредсердной перегородки, дефект межжелудочковой перегородки; Незаращение артериального (Боталлова) протока, правая дуга аорты, две дуги аорты, сохранение двух верхних полых вен и др.

7. Филогенез выделительной системы происхождение мезодермальное Функции : Выделительная (образование мочи); Гомеостатическая: поддерживает постоянным объем и осмотическое давление жидкостей внутренней среды, кислотно-щелочное равновесие и ионный состав плазмы крови; Внутрисекреторная: выделяет в кровь простагландины, регулирующие АД, кроветворение, обменные процессы

Основные направления эволюции выделительной системы: 1. Увеличение числа структурнофункциональных единиц- нефронов и площади выделительной поверхности 2. Появление и смена трех поколений поек: предпочка (пронефрос), первичная, туловищная (мезонефрос), вторичная, головная (метанефрос) 3. Удлинение почечных канальцев и их сближение с кровеносными капиллярами

Онтофилогенетически обусловленные пороки: необычное положение почек (в области их эмбриональных закладок), удвоение мочеточника, недоразвитие почек