Онтогенез

Материал из Юнциклопедии
(перенаправлено с «ОНТОГЕНЕЗ»)
Перейти к: навигация, поиск

Онтогенез (от греческих слов on, род. падеж ontos — сущее и genesis — происхождение, возникновение) — индивидуальное развитие, т. е. развитие данной особи от момента слияния гамет и до смерти. Область биологии, изучающая онтогенез, называется биологией развития. Онтогенез — процесс сложный и протекающий по-разному в различных систематических группах животных и растений. Мы расскажем только об онтогенезе многоклеточных животных, хотя некоторые самые общие его закономерности справедливы и для растений.

Онтогенез начинается с оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом или с активации яйцеклетки каким-либо другим воздействием (см. Оплодотворение). Затем идет процесс дробления: яйцеклетка последовательно делится на ряд более мелких клеток (рис. 1). Когда клеток становится достаточно много (несколько сотен или тысяч), происходят сложные изменения формы зародыша, в результате которых в нем возникают зачатки отдельных органов. У зародышей позвоночных это зачатки кишечника, центральной нервной системы, хорды, мускулатуры и т. п. Совокупность этих процессов называется морфогенезом (рис. 2).

Одновременно с морфогенезом или вслед за ним отдельные клетки зародыша начинают приобретать стойкие различия между собой по форме, структуре и химическому составу (см. Клеточная специализация (дифферен-цировка). Онтогенез продолжается и после рождения или вылупления зародыша: в этот период он проявляется в процессах метаморфоза (у видов, имеющих стадию личинки), роста, а также непрерывного обновления клеток крови, лимфоидных органов, стенок кишечника. Некоторые ученые к онтогенезу относят и процессы старения.

Каковы движущие силы такого сложного процесса? Наука пока не дает исчерпывающих ответов на этот вопрос, однако установлены отдельные важные закономерности онтогенеза.

Во-первых, все клетки зародыша между собой взаимодействуют, и каждая клетка как бы информирована о том, в каком месте зародыша она находится. Если часть зародыша удалить, то оставшиеся на месте клетки изменят ход своего развития в соответствии с тем новым положением в целом зародыше, в котором они оказались. В результате вызванный дефект может быть устранен и возникает более или менее нормальный зародыш. Чем определяется такая способность клеток ощущать свое окружение, до сих пор в точности не известно. По-видимому, в зародыше существует система межклеточной сигнализации через соприкасающиеся между собой мембраны соседних клеток.

Во-вторых, как только в зародыше появляются отдельные зачатки, они начинают влиять друг на друга, побуждая к развитию в определенном направлении. Например, зачаток спинной струны позвоночных животных — хорды — влияет на соприкасающиеся с ним ткани поверхности зародыша, побуждая их к развитию в зачаток центральной нервной системы. Такие влияния называются эмбриональными индукциями. Некоторые из них (в частности, только что упомянутая) вызываются особыми веществами, диффундирующими из одного зачатка в другой, прочие требуют прямых контактов между клетками взаимодействующих зачатков. У земноводных индукцию дополнительной конечности удается вызвать пересаженным под кожу зародыша инородным телом или отведением нервного окончания.

Известно также, что специализация клеток связана с синтезом в них специфических белков. Последовательность аминокислот в белках определяется набором генов — участков молекулы ДНК. Почему же в разных клетках организма синтезируются различные специфические белки, например в мышечных клетках — миозин, в клетках — предшественниках эритроцитов — гемоглобин, в клетках соединительной ткани — коллаген? Может быть, в одних клетках отсутствуют какие-то гены, которые есть в других? Опыты показали, что и в дифференцированных клетках (за исключением некоторых), так же как и в яйцеклетке, присутствуют все гены. Почему же не все они проявляют активность? Окончательный ответ на этот вопрос не получен. По-видимому, и на работу генов оказывают влияние те же самые межклеточные и межорганные взаимодействия, о которых выше шла речь.

Гены влияют не только на специализацию отдельных клеток, но и на свойства, присущие целым организмам, например на формы плодов у растений или на характер окраски покровов тела у членистоногих и других животных. Как гены оказывают такое действие, как осуществляются в ходе развития зародыша признаки, заложенные в отдельных генах, тоже еще не до конца ясно. Проблема регуляции работы генов — одна из важнейших в современной биологии развития.

Таким образом, в современной биологии развития нерешенных вопросов больше, чем решенных. Главное, на чем сегодня сходятся ученые, — это вывод о том, что развивающийся зародыш представляет собой динамическую целостную систему, поддерживаемую непрерывными взаимодействиями между клетками. Эти взаимодействия влияют на работу всех структур, включая и генетический аппарат. Но об этих взаимодействиях мы знаем еще очень мало.

Исследование онтогенеза привлекает внимание широкого круга ученых, причем не только биологов, но также физиков, химиков и математиков. Совместными усилиями ученые разных специальностей стремятся построить общую теорию онтогенеза, которая пока что еще не создана. Такая теория явилась бы источником важных открытий и в других областях биологии. Вместе с тем работы в области онтогенеза имеют не только теоретическое, но также и большое прикладное значение. Они могут помочь лечению злокачественных опухолей и различных отклонений от нормального развития, управлению развитием животных и растений, охране развивающихся организмов от вредных влияний окружающей среды.