Человек - сложнейшая система, отдельные части которой находятся в постоянном взаимодействии между собой и окружающей средой. Каждый орган, ткань, клетка выполняют свою строго определенную функцию, что делает наш организм максимально устойчивым к внешним раздражителям. Как это стало возможным, как наш организм развивался со временем, чтобы стать таким совершенным, изучает отдельный раздел генетики под названием "морфогенетика".
Что такое морфогенез?
Морфогенез - это последовательность определенных этапов, которые проходит в своем развитии отдельный орган или система органов. Она включает в себя два основных подвида: онтогенез (индивидуальное развитие органов и систем в пределах одного организма) и филогенез (эволюционное, или историческое, развитие систем и отдельных органов).
В основном в изучении морфогенеза человека принимает участие генетика. Но есть и другие науки, которые также вносят вклад в накопление знаний о развитии органов человека:
- молекулярная биология;
- физиология;
- биохимия;
- сравнительная анатомия;
- палеонтология;
- теория эволюции.
Особенности и история
Онтогенез характеризует собой развитие тканей, органов и систем в эмбриональный период развития. Помимо зрелого человеческого организма, процесс морфогенеза может также происходить в культурах клеток и новообразованиях. Также данный процесс происходит у неклеточных форм, хотя у них и отсутствует эмбриональная стадия.
Впервые предположения о формировании органов и о том, как условия внешней и внутренней среды могут на него повлиять, были высказаны в 1952 году Аланом Тьюрингом в его работе под названием "Химические основы морфогенеза". В этой работе был описан математический базис самоорганизации клеток и тканей.
Однако знания о морфогенезе значительно увеличились при открытии ДНК и ее структуры, развитии таких наук, как молекулярная биология и биохимия. Немаловажным стало открытие молекулярных механизмов работы генов.
Основные процессы
В эмбриогенезе, то есть внутриутробном развитии, выделяют следующие основные процессы морфогенеза:
- Клеточное размножение - увеличение их количества, при котором набор хромосом должен быть строго распределен среди последующих клеток, иначе могут произойти аномалии развития. Это возможно путем двух процессов: дробления и митоза.
- Детерминация - означает, что развитие каждой клетки предопределено. Какие-то из них могут быть только половыми, другие - лишь эпителиальными, третьи - нервными и т.д.
- Дифференциация - клетка становится более специфической и выполняет строго предназначенную ей функцию.
- Индукция - одни клетки способны влиять на развитие других. Таким образом, наличие индукции способно активировать процесс дифференциации благодаря наличию специальных факторов регуляции морфогенеза.
- Интеграция - объединение структур, занимающих более низкую нишу эмбриогенеза, в более сложные. Например, клетки образуют ткани. Ткани - органы. Органы - системы.
- Адгезия - способность клеток образовывать контакты для обмена информацией
- Миграция клеток - способность клеток перемещаться в пределах эмбриона.
- Апоптоз - запрограммированная гибель клетки.
Основные уровни
Морфогенез - это сложная, высокоточная система, которая происходит на многих уровнях организма. Условно выделяют два основных уровня регуляции развития всего организма:
- молекулярный;
- клеточный.
Молекулярный уровень
Структуры, которые имеют возможность влиять на морфогенез, получили название морфогенов. Их подразделяют на следующие классы:
- Факторы транскрипции - могут взаимодействовать с ДНК, имеют способность регулировать экспрессию генов через катализацию, то есть ускорение, их транскрипции.
- Структуры, способные регулировать межклеточные контакты. К примеру, на одном из этапов внутриутробного развития, гаструляции, клетки теряют связь друг с другом, мигрируют в новое место, где вновь обретают способность образовывать новые контакты.
Клеточный уровень
Что он собой представляет? Морфогенез - это последовательность реакций, которые невозможны без постоянного взаимодействия клеток друг с другом. Ниша стволовой клетки - это именно то связующее звено между одной клеткой и всем организмом. Существуют такие типы клеток, как эпителиальные и мезенхимальные. В процессе эмбриогенеза они могут переходить друг в друга. Вследствие такого процесса как клеточная дифференциация. При этом возможно также их перемещение из одного места в эмбрионе в другое.
Этапы развития организма
Человеческий организм в своем развитии проходит определенные этапы. И хотя морфогенез - это механизм, который наибольшее свое значение обретает на этапе внутриутробного развития, и после рождения наши органы меняются вплоть до самой смерти. Множество патологий развития органов происходят именно в эмбриональном периоде. Однако стоит выделить и другие стадии морфогенеза:
- Пренатальный - тот самый внутриутробный, от зачатия и до родов. Он делится, в свою очередь, на эмбриональный и фетальный периоды. Их сроки: 8 недель после зачатия и после окончания эмбрионального периода до родов соответственно.
- Перинатальный - период с 22 недель внутриутробного развития до 7 первых дней жизни.
- Интернатальный - период всей родовой деятельности.
- Неонатальный - первые 28 дней жизни.
- Постнатальный - 15 лет после рождения.
Прогенез, фетогенез, киматогенез: что это такое?
Однако можно выделить еще один период, который начался еще до зачатия - это прогенез. Это этап, который подразумевает под собой закладку половых клеток в организме будущих родителей. Именно прогенез можно назвать этапом начала морфогенеза.
Отдельно также выделяют такой период, как фетогенез. В нем есть еще два периода:
- ранний фетальный - с 76 по 180 день беременности;
- поздний фетальный - с 181 по 280 день беременности.
Киматогенез, в свою очередь, включает все перечисленные выше процессы: эмбриогенез, прогенез и фетогенез. А изучает его отдельная наука, которая получила название "киматология". Изучением развития эмбриона и плода занимается эмбриология.
Филогенез
Выше подробно была рассмотрена такая часть морфогенеза как онтогенез. Однако стоит уделить внимание также филогенезу - развитию отдельных видов в процессе эволюции. Как и в онтогенезе, в филогенезе также есть свои принципы, на которых он построен:
- Дифференциация - в процессе формирования организма определенная часть клеток становится обособленной, обретая собственные функции и уникальное строение. Эта совокупность клеток образует отдельную ткань или орган.
- Интеграция - укрепление связей между отдельными клетками и целыми системами органов.
- Каждый орган имеет как основную функцию, так и множество второстепенных, которые дают возможность преобразовываться и адаптироваться к новым условиям.
- Основная функция может как утрачиваться, так и обретать большее значение в зависимости от новых условий.
- Развитие органов может быть как в сторону большего совершенствования и усложнения, то есть прогрессирования, так и в сторону упрощения (регрессирования).
- Корреляция - все части организма находятся в тесной взаимосвязи друг с другом, изменение одной его части несет за собой изменение всего организма.
Таким образом, морфогенез и его биологическая сущность крайне комплексны и сложны. Постоянное взаимодействие отдельных этапов индивидуального и эволюционного развития организма обеспечивают возможность к его существованию в постоянно меняющейся внешней среде.
