Предпосылки и способы преобразования органов и функций в ходе эволюции

Мейоз. Особенности первого и второго деления мейоза. Биол-ое знач-е.

114. Угрица кишечная: систематика, геогр-ое распр-ие, особен-ти морфологии, цикл разв. Лабор-ая диагност-ка и профил стронгилоидоза.

Вопрос 1

Эволюция – постоянный процесс достижения соответствия между биологическими системами и изменяющимися условиями внешней среды.

Наука, изучающая закономерности эволюции, называется эволюционным учением, или эволюционной биологией.

Существует две предпосылки для эволюционного преобразования органов:

· полифункциональность органа;

· способность к количественным изменениям функций.

Способы преобразования органов и функций:

· усиление главной функции;

· ослабление главной функции;

· полимеризация органов;

· олигомеризация органов;

· уменьшение числа функций;

· увеличение числа функций;

· разделение функций и органов;

· смена функций;

· замещение органов и функций (субституция).

Усиление главной функции достигается двумя путями: а) изменением строения органа, б) увеличением числа однородных элементов внутри органа. Пример первого рода – усиление функции мышечного сокращения в результате замены гладкой мускулатуры поперечнополосатой. Пример второго рода – увеличение дыхательной поверхности легких у млекопитающих в результате увеличения числа отдельных альвеол.

Ослабление главной функции. Примером может служить ослабление терморегуляторной функции волосяного покрова при переходе китообразных к водному образу жизни.

Полимеризация органов – увеличение числа однородных органов или структур. Примеры: увеличение числа хвостовых позвонков у длиннохвостых млекопитающих, у змей.

Олигомеризация органов – уменьшение числа многочисленных однородных органов или структур. Примеры: слияние у многих позвоночных крестцовых позвонков с тазовыми костями, уменьшение числа жаберных артериальных дуг у позвоночных.

Уменьшение числа функций наблюдается в процессе специализации какого-либо органа. Например, конечности предков китообразных несли, по-видимому, много функций (опора, рытье, защита от врагов и т.д.), однако с превращением их в ласты большинство прежних функций исчезло.

Увеличение числа функций является результатом добавления к первичной функции новых. Например, плавники летучих рыб приобрели функцию планирования.

Разделение функций и органов можно проиллюстрировать на примере распадения единого непарного плавника, характерного для предков рыб, на ряд самостоятельных плавников, обладающих частными функциями.

Смена функций – один из наиболее общих способов эволюции. Примеры: превращение яйцеклада у насекомых в жало, дифференцировка конечностей у десятиногих раков, преобразование первой хрящевой жаберной дуги у рыб в первичные челюсти.

Замещение органов и функций происходит в том случае, когда один орган исчезает, а его функцию у потомков начинает выполнять другой орган. Например, замена хорды на позвоночный столб у позвоночных животных.

Вопрос 2

Мейоз

Центральным событием гаметогенеза является особая форма клеточного деления — мейоз. В отличие от широко распространен­ного митоза, сохраняющего в клетках постоянное диплоидное число хромосом, мейоз приводит к образованию из диплоидных клеток гаплоидных гамет. При последующем оплодотворении гаметы формируют организм нового поколения с диплоидным кариотипом {пс +пс = 2п2с). В этом заключается важнейшее биологическое значение мейоза, который возник и закрепился в процессе эволюции у всех видов, размножающихся половым путем.

Мейоз состоит из двух быстро следующих одно за другим делений, происходящих в периоде созревания. Удвоение ДНК для этих делений осуществляется однократно в периоде роста. Второе деление мейоза следует за первым практически сразу так, что наследственный материал не синтезируется в промежутке между ними.

Первое мейотическое деление называют гпмдушионным, так как оно приводит к образованию из диплоидных клеток (2л2с) гапло­идных клеток п2с. Такой результат обеспечивается благодаря осо­бенностям профазы первого деления мейоза. В профазе I мейоза, так же как в обычном митозе, наблюдается компактная упаковка генетического материала (спирализация хромосом). Одновременно происходит событие, отсутствующее в митозе: гомологичные хро­мосомы конъюгируют друг с другом, т. е. тесно сближаются соот­ветствующими участками.

В результате конъюгации образуются хромосомные пары, или биваленты, числом п. Так как каждая хромосома, вступающая в мейоз, состоит из двух хроматид, то бивалент содержит четыре

хроматиды. Формула генетического мате­риала в профазе I ос­тается 2«4а К концу профазы хромосомы в бивалентах, сильно спирализуясь, укора­чиваются. Так же как в митозе, в профазе I мейоза начинается формирование вере­тена деления, с по­мощью которого хро­мосомный материал будет распределяться между дочерними клетками (рис. 5.5).

Процессы, происходящие в профазе I мейоза и определяющие его результаты, обусловливают более продолжительное течение этой фазы деления по сравнению с митозом и дают возможность выде­лить несколько стадий в ее пределах (рис. 5.5).

_Лептотена — наиболее ранняя стадия профазы I мейоза, в которой начинается спирализация хромосом, и они становятся видимыми в микроскоп как длинные и тонкие нити. Зиготена характеризуется началом конъюгации гомологичных хромосом, ко-торые объединяются синаптонемальным комплексом в бивалент ((рис. 5.6). Пахитена — стадия, в которой на фоне продолжающейся спирализации хромосом и их укорочения, между гомологичными хромосомами осуществляется кроссинговер — перекрест с обменом соответствующими участками. Диплотена- характеризуется возникновением силотталкивания между гомологичными хромосомами, которые начинают отделяться друг от друга в первую очередь в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера – хиазмах. Диакинез – завершающая стадия профазы 1 меоза, в которой гомологичные хромосомы удерживаются вместе лишь в отдельных точках хиазм, приобретая

причудливую форму колец, крестов, восьмерок и т. д.

Таким образом, несмотря на возникающие между гомологич­ными хромосомами силы отталкивания, в, профазе I не происходит окончательного разрушения бивалентов. Особенностью мейоза в овогенезе является наличие специальной стадии— диктиот ены отсутствующей в сперматогенезе. На этой стадии, достигаемой у человека еще в эмбриогенезе, хромосомы, приняв особую морфо­логическую форму «ламповых щеток», прекращают какие-либо дальнейшие структурные изменения на многие годы. По достиже­нии женским организмом репродуктивного возраста под влиянием лютеинизирующего гормона гипофиза, как правило, один овоцит ежемесячно возобновляет мейоз.

В метафазе /мейоза завершается формирование веретена деле­ния. Его нити прикрепляются к центромерам хромосом, объеди­ненных в биваленты, таким образом, что от каждой центромеры идет лишь одна нить к одному из полюсов веретена. В результате нити, связанные с центромерами гомологичных хромосом, направ­ляясь к разным полюсам, устанавливают биваленты в плоскости экватора веретена деления.

В анафазе I мейоза ослабляются связи между гомологичными хромосомами в бивалентах и они отходят друг от друга, направляясь к разным полюсам веретена деления. При этом к каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящих из двух хроматид. В телофазе I мейоза у полюсов веретена собирается одинарный, гаплоидный набор хромосом, каждая из них содержит удвоенное количество ДНК.Формула генетического материала образующихся дочерних клеток соответствует п2с.

Второе мейотическое (эквационное) деление приводит к образо­ванию клеток, в которых содержание генетического материала в хромосомах будет соответствовать их однонитчатой структуре. Это деление протекает, как митоз, только клетки, вступа­ющие в него, несут гаплоидный набор хромосом. В процессе такого деления материнские двунитчатые хромосомы, расщепляясь, обра­зуют, дочерние однонитчатые.

Одна из главных задач мейоза — создание клеток с гаплоидным набором однонитчатых хромосом —достигается благодаря одно­кратной редупликации ДНК для двух последовательных делений мейоза, а также благодаря образованию в начале первого мейотического деления пар гомологичных хромосом и дальнейшего их расхождения в дочерние клетки.

Процессы, протекающие в редукционном делении, обеспечива­ют также не менее важное следствие — генетическое разнообразие гамет, образуемых организмом. К таким процессам относят крос­синговер, расхождение гомологичных хромосом в разные гаметы и независимое поведение бивалентов в первом мейотическом делении.

Кроссинговер обеспечивает перекомбинацию отцовских и мате­ринских аллелей в группах сцепления. Ввиду того что перекрест хромосом может происходить в разных участках, крос­синговер в каждом отдельном случае приводит к обмену разным по количеству генетическим материалом. Необходимо отметить также возможность возникновения нескольких перекрестов между двумя хрома/гидами и участия в обмене более чем двух хроматид бивалента. Отмеченные особенности кроссинговера делают этот процесс эффективным механизмом перекомбинации аллелей.

Расхождение гомологичных хромосом в разные гаметы в случае гетерозиготности приводит к образованию гамет, различающихся по аллелям отдельных генов.

Случайное расположение бивалентов в плоскости экватора ве­ретена деления и последующее их расхождение в анафазе I мейоза обеспечивают перекомбинацию родительских групп сцепления в гаплоидном наборе гамет.

Последние стадии овогенеза воспроизводятся и вне организма женщины, искусственной питательной среде. Это позволило осуществить зачатие человека «в пробирке». Перед овуляцией хи­рургическим путем яйцо извлекается из яичника и переносится в среду со сперматозоидами. Возникающая в результате оплодотво­рения зигота, будучи помещена в подходящую среду, осуществляет дробление. На стадии 8—16 бластомеров зародыш переносится в матку женщины-реципиента. Число успешных результатов такого рода в последнее время возрастает.

Гаметогенез отличается высокой производительностью. За вре­мя половой жизни мужчина продуцирует не менее 500 млрд. спер­матозоидов. На пятом месяце эмбриогенеза в зачатке женской половой железы насчитывается 6 000 000 клеток-предшественниц яйцеклеток. К началу репродуктивного периода в яичниках обна­руживается примерно 100 000 овоцитов. От момента полового со­зревания до прекращения гаметогенеза в яичниках созревает 300— 400 овоцитов.

Вопрос 3

Угрица кишечная.

Название: Тип Круглые черви, Nemathelminthes, Класс Собственно круглые черви, Nematoda, Вид Угрица кишечная, Strongyloides stercoralis.

Особенности морфологии:

Ø Половозрелая самка – 2-3 мм

Ø Половозрелый самец – 0,7 мм

Ø У самцов задний конец тела заострён и загнут на брюшную сторону

Ø Рабдитные личинки имеют пищевод с 2 расширениями.

Географическое распространение: страны с жарким и умеренным климатом, Закавказье, Средняя Азия, Молдавия, Украина.

Экологическая характеристика: специфический, эндопаразит (полостной), временный, 1-хозяйный (человек).

Цикл развития: рабдитные личинки с фекалиями – во внешнюю среду → питаются фекалиями, разлагающейся органикой → линяют → Филяриевидные личинки → Алиментарно / Перкутарно в человека, в кровь → в сердце → в лёгкие → половозрелые формы → в рот → в тонкую и двенадцатиперстную кишки.

Оплодотворение в бронхах, трахее и кишках.

Другие пути развития:

1. рабдитные личинки с фекалиями – во внешнюю среду → самцы и самки свободноживущего поколения, питающегося органическими веществами → оплодотворение → яйца → рабдитные личинки → по циклу свободноживущего поколения или в Филяриевидные личинки

2. рабдитные личинки не выходят из кишок → Филяриевидные личинки → цикл развития без выхода.

Заболевание: стронгилоидоз: воспалительные процессы в коже, нарушение нормальной работы пищеварительной системы, истощение.

Диагностика: обнаружение личинок в свежих, тёплых фекалиях.

Профилактика: аналогична анкилостомозу

Очаговость: нет.

Билет 39