Органно-тканевой уровень организации Ткань и ее компоненты

Органно-тканевой уровень организации

Ткань и ее компоненты • Ткань – исторически (филогенетически) сложившаяся система клеток и неклеточных структур, обладающая общностью строения, а иногда и происхождения и специализированная на выполнении определенных функций.

Ткань Собственно клетки Клеточные производные Симпласт Синцитий Межклеточное вещество Постклеточные образования Аморфное Волокна

• Симпласт – неклеточные структуры, в цитоплазме которых содержится 2 и более ядер. Симпласт образуется посредством слияния отдельных клеток. Локализация в организме: симпласт поперечно-полосатого мышечного волокна.

• Синцитий – совокупность клеток соединенных между собой цитоплазматическими мостиками. Синцитий образуется в результате неполной цитотомии делящихся клеток (неполное деление клеток). Локализация в организме – сперматогенный эпителий извитых канальцев семенника, пульпа эмалевого (зубного) органа.

• Постклеточные образования – части, продолжающие автономное существование после их отделения от клетки или утери ими ядра. (эритроциты, тромбоциты, роговые чешуйки эпидермиса кожи).

• Межклеточное вещество может быть представлено золем, гелем или быть минерализованным. • Аморфное при световой микроскопии имеет гомогенную или мелкозернистую структуру. Образованно разведенными в воде или кристаллизованными органическими и неорганическими веществами. • Волокна – пучки макромолекулярных комплексов фибриллярных биополимерных соединений. Среди волокон различают обычно три вида: коллагеновые, ретикулярные, эластические.

4. Развитие тканей в онтогенезе и филогенезе • Под развитием живой системы понимаются ее преобразования и в филогенезе, и в онтогенезе. • Ткани как системы, состоящие из клеток и их производных, возникли исторически с появлением многоклеточных организмов.

• Развитие тканей в эмбриогенезе происходит в результате дифференцировки клеток. • Дифференцировка - изменения в структуре клеток в результате их функциональной специализации, обусловленные активностью их генетического аппарата. • В результате дифференцировки клетки реализуют детерминацию.

• Детерминация(лат. определять) – это процесс определения дальнейшего пути развития клеток на основе блокирования отдельных генов. • Процесс закрепления программы развития, свойственной каждой ткани.

• Дифферон – совокупность клеток одного гистогенетического ряда, составляющих линию дифференцировки; от наименее дифференцированных клеток (Стволовых СК) до зрелых. • Коммитирование – ограничение возможных путей развития вследствие детерминации.

Свойства СК (стволовых клеток): • Редко делятся • Образуют самоподдерживающую популяцию • Устойчивы к действию повреждающих факторов • СК – Полу. СК - …бласты - …циты – старые и умирающие клетки

Классификация тканей 1. По Хлопину – Михайлину – по происхождению 2. Лейдиг, Келликер (50 гг. 19 в. ) – морфофункциональная: 1). эпителиальные ткани; 2). соединительные ткани; 3). мышечные ткани; 4). нервная ткань.

Онтогенетичесий уровень

Онтогенез включает периоды: • Предзародышевый – период формирования половых клеток. • Эмбриональный (зародышевый) – от оплодотворения до выхода зародыша из яйцевых оболочек. • Постэмбриональное. Здесь различают: а). прямое развитие – рождается организм похожий на взрослый, но системы недоразвиты; б). непрямое (с метаморфозом): личинка – куколка – бабочка.

• Половые клетки – гаметы, имеют гаплоидный набор хромосом (с одинарным набором непарных хромосом). У самок – яйцеклетки, у самцов – сперматозоиды у животных (подвижное семя), у растений – спермии – неподвиж, нет жгутиков. • Соматические – клетки тела.

Отличия половых клеток от соматических 1. Набор хромосом у половых клеток гаплоидный, у соматических клеток – диплоидный. У человека – 23 хромосомы. 2. Для половых клеток характерно сложное, стадийное развитие; при этом имеет место особый способ деления – мейоз. 3. Половые клетки имеют специальные приспособления: – сперматозоид имеет акросому (для проникновения через оболочки яйцеклетки) и мощный двигательный аппарат – хвостик; яйцеклетка имеет желток (запас питательных веществ и строительных материалов) и оболочки (I, II, а у некоторых видов и III). 4. У половых клеток особое ядерно-цитоплазматическое отношение: у мужских половых клеток преобладает ядро над цитоплазмой, в женских половых клетках преобладает цитоплазма. 5. Обмен веществ в зрелых половых клетках до оплодотворения находится на очень низком уровне (почти до анабиоза). 6. Биологическое назначение: если из соматической клетки может образоваться лишь такая же дочерняя клетка, то из половых клеток форми руется целый новый организм.

Яйцеклетка млекопитающего: 1 — ядро; 2 — ядрышко; 3 — цитоплазма; 4 — первичная оболочка; 5 — вторичная оболочка

Яйцеклетка

Сперматозоид

Овогенез

Сперматогенез

Эмбриональное развитие 1. Оплодотворение – процесс слияния половых клеток и восстановления диплоидного набора хромосом. 2. Дробление — это ряд последовательных митотических делений зиготы, в результате которых огромный объем цитоплазмы яйца разделяется на многочисленные, содержащие ядра клетки меньшего размера. В результате дробления образуются клетки, которые называют бластомерами.

Яйцо ланцетника и бластула в разрезе бластомер

Бластула — однослойный зародыш. Она состоит из слоя клеток — бластодермы, ограничивающей полость — бластоцель. Бластула начинает формироваться на ранних этапах дробления благодаря расхождению бластомеров. Возникающая при этом полость заполняется жидкостью. Строение бластулы во многом зависит от типа дробления.

3. Гаструляция – процесс образования трех зародышевых листков.

Ранняя гаструла эктодерма / бластоцель бластопор

Поздняя гаструла гастроцель Поздняя гаструла Гаструла, переходящая в нейрулу

4. Нейруляция – процесс закладки осевых органов (миним. комплекс органов, который дает зародыш)

Нейрула нервную пластинку материал хорды мезодерма эктодерма энтодерма

5. Дифференцировка зародышевых листков и гистогенез (возникновение тканей в результате дифференцировки)

• Схема развития органов из мезодермы у высшего позвоночного (поперечный разрез зародыша): а — нервная трубка, б — дерматом, в — эктодерма, г — миотом, д — склеротом, е — нефротом, ж — наружный листок спланхнотома, з — энтодерма, и — внутренний листок спланхнотома, к — эндотелий аорты, л — целом, м — хорда

6. Органогенез - образование из различных тканей органов.

Популяционно-видовой уровень

• Популяция — самая мелкая из групп особей, способная к эволюционному развитию, поэтому ее называют элементарной единицей эволюции. • Популяция благодаря большой численности особей представляет собой непрерывный поток поколений и в силу мутационной изменчивости — разнородную (гетерогенную) смесь различных генотипов. Совокупность генотипов всех особей популяции — генофонд — основа микроэволюционных процессов в природе.

Основные положения синтетической теории эволюции • Синтетическая теория эволюции — современный дарвинизм — возникла в начале 40 -х годов XX в. Она представляет собой учение об эволюции органического мира, разработанное на основе данных современной генетики, экологии и классического дарвинизма. • Термин «синтетическая» идет от названия книги известного английского эволюциониста Дж. Хаксли «Эволюция: современный синтез» (1942). В разработку синтетической теории эволюции внесли вклад многие ученые.

Основные положения синтетической теории эволюции 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Материалом для эволюции служат наследственные изменения — мутации (как правило, генные) и их комбинации. Основным движущим фактором эволюции является естественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование. Наименьшей единицей эволюции является популяция. Эволюция носит в большинстве случаев дивергентный характер, т. е. один таксон может стать предком нескольких дочерних таксонов. Эволюция носит постепенный и длительный характер. Видообразование как этап эволюционного процесса представляет собой последовательную смену одной временной популяции чередой последующих временных популяций. Вид состоит из множества соподчиненных, морфологически, физиологически, экологически, биохимически и генетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц — подвидов и популяций. Вид существует как целостное и замкнутое образование. Целостность вида поддерживается миграциями особей из одной популяции в другую, при которых наблюдается обмен аллелями ( «поток генов» ), Макроэволюция на более высоком уровне, чем вид (род, семейство, отряд, класс и др. ), идет путем микроэволюции. Согласно синтетической теории эволюции, не существует закономерностей макроэволюции, отличных от микроэволюции. Иными словами, для эволюции групп видов живых организмов характерны те же предпосылки и движущие силы, что и для микроэволюции. Любой реальный (а не сборный) таксон имеет монофилети-ческое происхождение. Эволюция имеет ненаправленный характер, т. е. не идет в направлении какой-либо конечной цели.

• Качественным этапом процесса эволюции является вид. • Buд — это совокупность особей, которые сходны по морфофизиологическим признакам, способны скрещиваться между собой, давать плодовитое потомство и формируют систему популяций, образующих общий ареал.

• Каждый вид живых организмов можно описать исходя из совокупности характерных черт, свойств, которые называются признаками. Признаки вида, с помощью которых один вид отличают от другого, называются критериями вида. • Наиболее часто используют шесть общих критериев вида: морфологический, физиологический, географический, экологический, генетический и биохимический.

• Морфологический критерий предполагает описание внешних (морфологических) признаков особей, входящих в состав определенного вида. По внешнему виду, размерам и окраске оперения можно, например, легко отличить большого пестрого дятла от зеленого, малого пестрого дятла от желны, большую синицу от хохлатой, длиннохвостой, голубой и от гаички. По внешнему виду побегов и соцветий, размерам и расположению листьев легко различают виды клевера: луговой, ползучий, лю-пиновый, горный. • Морфологический критерий самый удобный и поэтому широко используется в систематике. Однако этот критерий недостаточен для различения видов, которые имеют значительное морфологическое сходство. К настоящему времени накоплены факты, свидетельствующие о существовании видов-двойников, не имеющих заметных морфологических различий, но в природе не скрещивающихся из-за наличия разных хромосомных наборов. Так, под названием «крыса черная» различают два вида-двойника: крыс, имеющих в кариотипе 38 хромосом и живущих навсей территории Европы, Африки, Америки, Австралии, Новой Зеландии, Азии к западу от Индии, и крыс, имеющих 42 хромосомы, распространение которых связано с монголоидными оседлыми цивилизациями, населяющими Азию к востоку от Бирмы. Установлено также, что под названием «малярийный комар» существует 15 внешне не различимых видов.

• Физиологический критерий заключается в сходстве жизненных процессов, в первую очередь в возможности скрещивания между особями одного вида с образованием плодовитого потомства. Между разными видами существует физиологическая изоляция. Например, у многих видов дрозофилы сперма особей чужого вида вызывает иммунологическую реакцию в половых путях самки, что приводит к гибели сперматозоидов. В то же время между некоторыми видами живых организмов скрещивание возможно; при этом могут образовываться плодовитые гибриды (зяблики, канарейки, вороны, зайцы, тополя, ивы и др. )

• Географический критерий (географическая определенность вида) основан на том, что каждый вид занимает определенную территорию или акваторию. Иными словами, каждый вид характеризуется определенным географическим ареалом. Многие виды занимают разные ареалы. Но огромное число видов имеет совпадающие (накладывающиеся) или перекрывающиеся ареалы. Кроме того, существуют виды, не имеющие четких границ распространения, а также видыкосмополиты, обитающие на огромных пространствах суши или океана. Космополитами являются некоторые обитатели внутренних водоемов — рек и пресноводных озер (виды рдестов, ряски, тростник). Обширный набор космополитов имеется среди сорных и мусорных растений, синантропных животных (виды, обитающие рядом с человеком или его жилищем) — постельный клоп, рыжий таракан, комнатная муха, а также одуванчик лекарственный, ярутка полевая, пастушья сумка и др. • Существуют также виды, которые имеют разорванный ареал. Так, например, липа растет в Европе, встречается в Кузнецком Алатау и Красноярском крае. Голубая сорока имеет две части ареала — западноевропейскую и восточносибирскую. В силу этих обстоятельств географический критерий, как и другие, не является абсолютным.

• Экологический критерий основан на том, что каждый вид может существовать только в определенных условиях, выполняя соответствующую функцию в определенном биогеоценозе. Иными словами, каждый вид занимает определенную экологическую нишу. Например, лютик едкий произрастает на пойменных лугах, лютик ползучий — по берегам рек и канав, лютик жгучий — на заболоченных местах. Существуют, однако, виды, которые не имеют строгой экологичекой приуроченности. Во-первых, это синан-тропные виды. Во-вторых, это виды, которые находятся под опекой человека: комнатные и культурные растения, домашние животные.

• Генетический (цитоморфологический) критерий основан на различии видов по кариотипам, т. е. по числу, форме и размерам хромосом. Для подавляющего большинства видов характерен строго определенный кариотип. Однако и этот критерий не является универсальным. Во-первых, у многих разных видов число хромосом одинаково и форма их сходна. Так, многие виды из семейства бобовых имеют 22 хромосомы (2 n = 22). Во-вторых, в пределах одного и того же вида могут встречаться особи с разным числом хромосом, что является результатом геномных мутаций. Например, ива козья имеет диплоидное (38) и тетраплоид-ное (76) число хромосом. У серебристого карася встречаются популяции с набором хромосом 100, 150, 200, тогда как нормальное число их равно 50. Таким образом, в случае возникновения полиплоидных или анеушюидных (отсутствие одной хромосомы или появление лишней в геноме) форм на основе генетического критерия нельзя достоверно определить принадлежность особей к конкретному виду.

• Биохимический критерий позволяет различить виды по биохимическим параметрам (состав и структура определенных белков, нуклеиновых кислот и других веществ). Известно, что синтез определенных высокомолекулярных веществ присущ лишь отдельным группам видов. Например, по способности образовывать и накапливать алкалоиды различаются виды растений в пределах семейств пасленовых, сложноцветных, лилейных, орхидных. Или, к примеру, для двух видов бабочек из рода амата диагностическим признаком является наличие двух ферментов — фосфоглю-комутазы и эстеразы-5. Однако этот критерий не находит широкого применения — он трудоемкий и далеко не универсальный. Существует значительная внутривидовая изменчивость практически всех биохимических показателей вплоть до последовательности аминокислот в молекулах белков и нуклеотидов в отдельных участках ДНК.

Таким образом, ни один из критериев в отдельности не может служить для определения вида. Охарактеризовать вид можно только по их совокупности.

Образование вида — результат микроэволюции • Видообразование — процесс возникновения одного или нескольких новых видов на основе существовавшего ранее. Известно несколько способов видообразования. • Под микроэволюцией понимают дивергенцию от популяционного до видового уровня, а под макроэволюцией — дивергенцию на надвидовом уровне. Иными словами, под микроэволюцией понимаются эволюционные процессы, происходящие внутри вида и приводящие к распадению его на популяции, подвиды вплоть до образования из одного вида другого.

Ход микроэволюции

Макроэволюция • Этим понятием обозначают происхождение надвидовых таксонов (родов, отрядов, классов, типов, отделов). В общем смысле макроэволюцией можно назвать развитие жизни на Земле в целом, включая и ее происхождение. Макроэволюционным событием считается также возникновение человека, по многим признакам отличающегося от других биологических видов. • Между микро- и макроэволюцией нельзя провести резкую грань, потому что процесс микроэволюции, первично вызывающий дивергенцию популяций (вплоть до видообразования), продолжается без какоголибо перерыва и на макроэволюционном уровне внутри вновь возникших форм.

Основные этапы эволюции растительного и животного мира • Историю Земли принято делить на промежутки времени, границами которых являются крупные геологические события: горообразовательные процессы, поднятие и опускание суши, изменение очертаний материков, уровня океанов.

• На основе данных палеонтологии всю историю жизни на Земле подразделяют на эры и периоды.

Основные этапы эволюции растений. • Многоклеточные зеленые водоросли явились исходной ветвью для наземных листостебельных растений. В конце силурийского периода палеозойской эры в связи с интенсивными горообразовательными процессами и сокращением площади морей часть водорослей, оказавшись в новых условиях среды (в мелких водоемах и на суше), погибла. Другая часть в результате разнонаправленной изменчивости и адаптации к наземной среде приобрела признаки, способствовавшие выживанию в новых условиях. Такими признаками у первых наземных растений — риниофитов — являются образование тканей и их дифференцировка на покровные, механические и проводящие. Выход растений на сушу был подготовлен деятельностью бактерий и цианобактерий, которые при взаимодействии с минеральными веществами образовали на поверхности суши почвенный субстрат.

• В девонский период на смену риниофитам пришли плауны, хвощи и папоротники, также размножающиеся спорами и предпочитающие влажную среду. Их появление сопровождалось возникновением вегетативных органов, что повышало эффективность функционирования отдельных частей растений и обеспечивало их деятельность как целостной системы. • В каменноугольный период (карбон) появляются первые голосеменные, возникшие от древних семенных папоротников. Возникновение семенных растений имело большое значение для дальнейшего развития растительного мира, так как половой процесс стал независимым от наличия капельно-жидкой среды. Возникшие семенные растения могли обитать в более сухом климате. В пермский период климат во многих районах Земли стал более сухим и холодным, древовидные споровые растения, достигшие своего расцвета в карбоне, вымирают. В этот же период начался расцвет голосеменных, господствовавших в мезозойскую эру. Эволюция высших наземных растений пошла по пути все большей редукции гаплоидного поколения (гаметофита) и преобладания диплоидного поколения (спорофита).

• В меловой период произошел следующий крупный шаг в эволюции растений — появились покрытосеменные растения, которые вследствие разнообразных особенностей заняли господствующее положение на суше.

Основные этапы и направления эволюции животного мира • История эволюции животных изучена наиболее полно в связи с тем, что многие из них обладают скелетом и поэтому лучше сохраняются в окаменелых остатках. • Многоклеточные животные происходят от одноклеточных организмов через колониальные формы. Первыми животными были губки и кишечнополостные. Древние кишечнополостные дали начало плоским червям, которые являются трехслойными животными с двусторонней симметрией тела.

• От древних ресничных червей произошли первые вторично-полостные животные — кольчатые черви. Древние морские мно-гощетинковые, вероятно, послужили основой для возникновения типов членистоногих, моллюсков и хордовых. • В позднем кембрии возникают бесчелюстные панцирные рыбы, а в девоне — челюстные. Для большинства этих животных характерны наличие двусторонней симметрии, третьего зародышевого листка (мезодермы), полости тела, наружного (членистоногие) или внутреннего (хордовые) твердого скелета, прогрессирующая способность к активному передвижению, обособление переднего конца тела с ротовым отверстием и органами чувств, постепенное совершенствование центральной нервной системы.

• От первых челюстноротых возникли лучеперые и кистеперые рыбы. Кистеперые имели в плавниках опорные элементы, из которых позже развились конечности наземных позвоночных. Наиболее важные ароморфозы в этой линии эволюции — развитие из жаберных дуг подвижных челюстей (обеспечивали активный захват добычи), развитие из кожных складок плавников, а затем формирование поясов парных грудных и брюшных конечностей (увеличивали маневренность движений в воде). Двоякодышащие и кистеперые рыбы посредством плавательных пузырей, имеющих связь с пищеводом и снабженных системой кровеносных сосудов, могли дышать атмосферным кислородом.

• От кистеперых рыб берут начало первые наземные животные — стегоцефалы. Последние разделились на несколько групп амфибий, которые достигли расцвета в карбоне. Выход на сушу первых позвоночных животных был обеспечен преобразованием плавников в конечности наземного типа, воздушных пузырей — в легкие. • От амфибий берут свое начало истинно наземные животные— рептилии, завоевавшие сушу к концу пермского периода. Освоение суши пресмыкающимися обеспечили сухие ороговевшие покровы, внутреннее осеменение, богатые желтком яйцеклетки, защитные оболочки яиц, предохраняющие эмбрионы от высыхания и других воздействий среды. Среди рептилий выделилась группа динозавров, давшая начало млекопитающим. Первые млекопитающие появились в триасовый период мезозойской эры. Позднее, также от одной из ветвей пресмыкающихся, произошли зубатые птицы (археоптерикс), а затем — современные птицы. Для птиц и млекопитающих характерны такие черты, как теплокровность, четырехкамерное сердце, одна дуга аорты (создает полное разделение большого и малого кругов кровообращения), интенсивный обмен веществ. Данные черты обеспечили расцвет этих групп организмов.

• В конце мезозоя появляются плацентарные млекопитающие, для которых прогрессивными основными особенностями стали появление плаценты и внутриутробного развития плода, вскармливание детенышей молоком, развитая кора головного мозга. В начале кайнозойской эры от насекомоядных обособился отряд приматов, эволюция одной из ветвей которого привела к возникновению человека. • Параллельно эволюции позвоночных шло развитие беспозвоночных животных. Переход от водной среды обитания к наземной осуществился у паукообразных и насекомых на основе совершенного твердого наружного скелета, членистых конечностей, органов выделения, нервной системы, органов чувств и поведенческих реакций, появления трахейного и легочного дыхания. Среди моллюсков выход на сушу наблюдался значительно реже и не приводил к такому разнообразию видов, какое было характерно для насекомых.

Основные особенности эволюции животного мира следующие: 1) 2) 3) 4) прогрессивное развитие многоклеточности и, как следствие, специализация тканей и всех систем органов; свободный образ жизни, который определил выработку различных механизмов поведения, а также относительную независимость онтогенеза от колебаний факторов окружающей среды; возникновение твердого скелета: наружного у некоторых беспозвоночных (членистоногие) и внутреннего у хордовых; прогрессивное развитие нервной системы, которое стало основой для возникновения условнорефлекторной деятельности.