Генетические основы онтогенеза

метки: Онтогенез, Генетический, Размножение, Основа, Развитие, Организм, Особь, Стадий

Повышение продуктивных качеств и совершенствование полезных биологических свойств сельскохозяйственных животных невозможны без глубоких знаний закономерностей их индивидуального развития.

Индивидуальное развитие животного организма — чрезвычайно сложный процесс. Он изучается зоотехнической наукой и практикой, медициной и многими биологическими науками — эмбриологией, анатомией, физиологией и др. До середины прошлого столетия большинство вопросов, касающихся онтогенеза изучались представителями данных наук изолированно и с узких позиций, специфичных для данной науки. В результате накоплен огромный, но разрозненный материал, охватывающий многочисленные стороны этой проблемы, не дающий, однако, фундаментальной основы для построения единой теории биологии развития. К концу 20 века были познаны только самые основные закономерности роста и развития организмов, глубокая сущность которых наукой еще до конца не раскрыта. онтогенез генотип цитогенетика клетка

Изучение генетической программы онтогенеза в значительной степени помогло выявлению причин, а также разработке методов лечения заболеваний, связанных с нарушением деятельности генетического аппарата.

Знание особенностей течения таких заболеваний, причин их появления повышает шанс на излечивание. Эти данные необходимы для медико-генетического консультирования при планировании семьи, поскольку выявление носительства генов, обусловливающих развитие той или иной болезни, позволяет врачу дать рекомендации о степени риска передачи таких генов потомству.

Генетика развития анализирует изменения, происходящие в процессе онтогенеза, и их филогенетические эффекты до более глубокого уровня причинности — до уровня генов. Как подчёркивали ранее Гексли и Гольдшмидт, многие гены достигают своих фенотипических эффектов, управляя скоростями процессов развития; это могут быть скорости роста, скорости синтеза ростовых веществ, сроки дифференцировки и т. п. Гены, регулирующие скорости, образуют промежуточное звено между отбором и филетическим изменением.

Главной проблемой в изучении наследственных основ индивидуального развития является установление промежуточных звеньев в цепи «ген-признак».

Цель: главная цель работы – выявить основные закономерности генетических основ индивидуального развития организмов.

Задачи:

• более подробно рассмотреть основные типы онтогенеза;
• цитогенетические основы дифференцировки в онтогенезе;
• явление тотипотентности соматических клеток;
• дифференциальную активность генов в онтогенезе.

1. Генетические основы онтогенеза

Онтогенезом называется индивидуальное развитие особи (Э. Геккель, 1866).

Влияние семьи И ФАКТОРА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ НА РАЗВИТИЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ...

... науки о том, что наследственность так или иначе оказывает мощное влияние на развитие ребенка , наряду с окружающей средой, воспитанием и собственной активностью личности. ... индивидуальными структурно-функциональными различиями головного мозга и речедвигательных органов, органов чувств, и их следует рассматривать лишь как анатомо-морфологические предпосылки способностей. 2.1 Фактор наследственности ...

Особью, или индивидом (от лат. individuum – неделимый) называется неделимый далее организм (от лат. organizo и франц. organisme – устраиваю, придаю стройность).

Главные существенные признаки особи – это её целостность, строгая взаимозависимость всех частей, органов и систем органов: разделить особь на части без потери морфофункциональной индивидуальности невозможно. Само выражение «особь» подразумевает обособленность: таким образом, особь обособлена, отделена от других подобных особей, она способна (хотя бы частично) к самостоятельному существованию.

С эволюционной точки зрения, особью называется морфофизиологическая единица, происходящая от одного зачатка: от одной зиготы (при половом размножении), яйцеклетки (при партеногенезе), споры (при споровом размножении), почки или любого другого зачатка (при бесполом или вегетативном размножении).

В дальнейшем зачаток, дающий начало новой особи, будем для краткости называть зиготой, поскольку именно при образовании зиготы возникают новые сочетания наследственных факторов, определяющих индивидуальность особи. Необходимо подчеркнуть, что именно особь является объектом воздействия эволюционных факторов, в первую очередь – естественного отбора.

У колониальных организмов (надорганизмов, или квазиорганизмов) для определения понятия «особь» используются специальные подходы.

Онтогенез особи начинается с момента её образования. Этим событием может быть прорастание споры, образование зиготы, начало дробления зиготы, возникновение особи тем или иным путем при вегетативном размножении. Иногда начало онтогенеза относят к образованию исходных клеток, например, агоний.

В ходе онтогенеза происходят рост, дифференцировка и интеграция частей развивающегося организма. Особь представляет собой целостную систему, следовательно, и онтогенез – это целостный процесс, который не может быть разложен на простые составляющие части без потери качества.

Онтогенез особи может завершиться её физической смертью или её воспроизведением (в частности, при размножении путем деления) .

Онтогенез растений и животных состоит из качественно различных периодов: эмбриогенез, юность, зрелость и старость. Онтогенез многоклеточных организмов сопровождается рядом общих основных процессов:

1. рост – увеличение числа клеток и/или их объема (растяжение);

2. гистогенез – образование и дифференцировка тканей;

3. органогенез – образование органов и систем органов;

4. морфогенез – формирование внутренних и внешних морфологических признаков;

5. физиолого-биохимические преобразования.

Все это происходит на основе биохимической, физиологической, генетической и морфологической дифференцировки клеток, тканей и органов. В ходе онтогенеза возникает ряд особенностей, обеспечивающих приспособление организма к окружающей среде.

Этология животных

... вымени, активно сосут молозиво. Животные в течение выпаса активно в разное время дня поедают избирательно разные растения, удовлетворяя потребности организма в пище. Формирование пищевого поведения путем интеграции врожденных ...

Онтогенетическое развитие организмов является предметом исследования многих биологических наук: эмбриологии (биологии индивидуального развития), физиологии, биохимии, гистологии, цитологии, цитогенетики и генетики. Каждая из этих наук, используя свои методы, изучает различные стороны и закономерности индивидуального развития. Раздел генетики, изучающий действие генов в онтогенезе, называется генетикой индивидуального развития, феногенетикой, физиологической генетикой (Гольдшмидт, 1935), или онтогенетикой (Лобашев, 1967).

1.1 Основные типы онтогенеза

Существует множество основных типов онтогенеза и еще большее число производных типов. Перечислим только некоторые из них. [http://afonin-59-bio.narod.ru/2_heredity/2_heredity_self/hs_16_onto.htm].

1. Онтогенез организмов с бесполым размножением и/или при зиготном мейозе (прокариоты и некоторые низшие эукариоты).

2. Онтогенез организмов с чередованием ядерных фаз при споровом мейозе (большинство растений и грибов).

3. Онтогенез животных с чередованием полового и бесполого размножения без смены ядерных фаз. Чередование поколений с половым и бесполым размножением у Кишечнополостных называется метагенезом. Чередование партеногенетического и амфимиктического поколений у червей, некоторых членистоногих и низших хордовых называется гетерогонией.

4. Онтогенез животных с наличием личиночных и промежуточных стадий: от первично-личиночного анаморфоза до полного метаморфоза.

5. Онтогенез животных с утратой личиночных стадий и/или стадий бесполого размножения: пресноводные гидры, олигохеты, наземные и вторично-водные брюхоногие моллюски.

6. Онтогенез животных с утратой конечных стадий и размножением на ранних этапах онтогенеза; проявляется в виде педоморфозов (сохранении личиночных черт) и неотении (размножения на личиночной стадии).

Особенности онтогенеза у животных. У животных важную роль в регуляции онтогенетических процессов играют эндокринная и нервная системы. В онтогенезе высших животных выделяют следующие этапы (периоды) онтогенеза:

1. предзародышевый (преэмбриональный) – развитие половых клеток (гаметогенез) и оплодотворение;

2. зародышевый (эмбриональный) – развитие организма под защитой яйцевых и зародышевых оболочек или под защитой материнского организма;

3. послезародышевый (постэмбриональный) – до достижения половой зрелости;

4. взрослое состояние – размножение, забота о потомстве, старение и гибель.

[http://afonin-59-bio.narod. ru/2_heredity/2_heredity_self/hs_16_onto.htm].

Кроме того, в рамках эмбрионального периода различают следующие типы онтогенеза:

1. первично-личиночный – личинка способна к самостоятельному существованию (паренхимулы губок, планулы кишечнополостных, трохофоры полихет, головастики амфибий);

2. неличиночный (яйцекладный) – прохождение ранних этапов гисто- и морфогенеза под защитой яйцевых оболочек (представители губок, кишечнополостных, кольчатых червей, ракообразных и многие другие группы, утратившие первично-личиночные стадии) и зародышевых оболочек (насекомые с прямым развитием, яйцекладущие амниоты);

3. вторично-личиночный – характеризуется разнообразием вторичных типов личинок, например, свободноживущие (редко паразитические) личинки насекомых с полным превращением (личинки жуков, гусеницы бабочек и т.п.); в данном случае появляется особая стадия – стадия куколки; отдельно выделяются личинки-паразиты (например, у паразитических червей);

Новая методология периодизации онтогенеза растений

... изучаться органогенез эхинацеи, что позволит дать цитологическое обоснование онтогенеза растений. Рис.6. Схема онтогенеза и вегетационного периода эхинацеи пурпурной (по Е. ... онтогенеза Фазы онтогенеза Продолжительность Типы питания Этапы органогенеза 1. Эмбриональный От момента оплодотворения до физиологической зрелости семян, включая период покоя За счет пластических веществ материнского растения ...

4. внутриутробный – зародыш развивается под защитой материнского организма; при этом различают яйцеживорождение (морфологических связей между зародышем и материнским организмом не возникает), истинное живорождение (у плацентарных млекопитающих) и множество промежуточных типов (например, у живородящих акул, у сумчатых млекопитающих).

[http://afonin-59-bio.narod. ru/2_heredity/2_heredity_self/hs_16_onto.htm].

Смена типов эмбрионального развития повышает независимость гисто- и морфогенеза от внешней среды, способствует автономизации онтогенеза и возможности выхода в новую адаптивную зону.

Особенности онтогенеза у высших растений. Для растений характерны жизненные циклы с чередованием полового и бесполого поколений со сменой ядерных фаз (гаплоидного гаметофита и диплоидного спорофита), а также вегетативное размножение каждого из названных поколений. В зависимости от особенностей жизненного цикла зачатком новой особи может считаться спора, зигота (или – при партеногенезе – яйцеклетка), семя или вегетативный зачаток (почка, более или менее видоизмененный побег и пр.).

Наиболее полно разработано учение об онтогенезе у семенных растений. Целостность онтогенеза у этих организмов обеспечивается за счет образования и взаимодействия фитогормонов, а также за счет обмена метаболитами между органами и частями растений.

В онтогенезе семенных растений выделяют следующие периоды:

1. предзародышевый (преэмбриональный) – развитие гаплоидных структур – микроспорогенез и образование пыльцевых зерен, мегаспорогенез и образование эндосперма с архегониями (у голосеменных) или зародышевого мешка (у покрытосеменных); опыление и оплодотворение;

2. зародышевый (эмбриональный) – развитие семени из семязачатка;

3. стадия проростка – проросток образуется при прорастании семени и существует за счет запасов питательных веществ;

4. ювенильная стадия – растение переходит к самостоятельному питанию;

5. имматурная стадия – происходит ветвление стебля, формируется корневая система;

6. виргинильная стадия – формируется общий облик взрослого растения (габитус); однако генеративные органы отсутствуют;

7. генеративная стадия – на этой стадии происходит семенное размножение: образуются генеративные органы: цветки, а затем семена и плоды; различают три этапа генеративной стадии: ранняя генеративная стадия, средняя и поздняя;

8. сенильная стадия – семенное размножение прекращается, и растение отмирает.