Но источники отдельных утверждений остаются неясными из-за отсутствия сносок .

• Организмы, состоящие из множества клеток, слабо дифференцированных и не разделенных на ткани; во многих случаях каждая такая клетка сохраняет способность к размножению (вольвоксовые зелёные водоросли Pandorina , Eudorine и др., многие виды сувоек и другие группы протистов).
• Многоклеточные организмы, образующие колонии из нескольких особей, более или менее тесно связанных между собой, обычно имеющих одинаковый генотип и общий обмен веществ и системы регуляции. Среди животных к таким организмам относятся многие виды коралловых полипов , мшанок , губок и др. В ботанике для обозначения таких организмов принят термин «модулярные» (в противоположность унитарным) - это, например, корневищные злаки, ландыш и др.

Отличительные особенности колониальных организмов

От истинно многоклеточных организмов колониальные отличаются прежде всего более низким уровнем целостности (например, на отдельные раздражители часто реагируют отдельные особи, а не вся колония как целое), а колониальные протисты - также более низким уровнем дифференциации клеток. У многих высокоинтегрированных подвижных колоний (морские перья , сифонофоры и др.) уровень целостности достигает уровня единого организма, а отдельные особи выполняют роль органов колонии. У таких (и многих других) колоний имеется общая часть (стебель, ствол), которая не принадлежит ни одной из особей.

Образование колоний

У большинства колониальных организмов в жизненном цикле присутствуют одиночные стадии. Обычно после полового размножения развитие начинается с одной клетки, которая у многоклеточных животных дает начало исходной многоклеточной особи. Она, в свою очередь, дает начало колонии в результате не доведенного до конца бесполого или вегетативного размножения.
У некоторых протистов и бактерий сходные с колониями образования (например, плодовые тела миксомицетов или миксобактерий) могут образовываться и другим путём - соединением исходно независимых одиночных особей.

Примеры

Яркими представителями колониальных организмов являются колониальные зеленые водоросли (напр., эудорина, пандорина, а также вольвокс , представляющий переходную форму к настоящим многоклеточным организмам). Широко распространены колониальные формы и среди других групп водорослей - диатомовых , золотистых и т.п. Среди гетеротрофных жгутиконосцев и инфузорий также немало колониальных форм. Существуют колониальные радиолярии .

Среди животных к колониальным относятся большинство губок и кишечнополостных (коралловые полипы , гидроидные полипы , сифонофоры), практически все мшанки и камптозои , многие оболочники , некоторые крыложаберные). У многих групп животных временные колонии образуются при бесполом размножении.

Напишите отзыв о статье "Колониальный организм"

Примечания

См. также

Литература

• Захваткин А. А. Сравнительная эмбриология низших беспозвоночных. М., «Советская наука», 1949.
• Иванова-Казас О. М. Бесполое размножение животных. Изд-во ЛГУ, Л., 1977.
• Марфенин Н. Н. Феномен колониальности. М., Изд-во МГУ, 1993.

Отрывок, характеризующий Колониальный организм

Для князя Андрея прошло семь дней с того времени, как он очнулся на перевязочном пункте Бородинского поля. Все это время он находился почти в постояниом беспамятстве. Горячечное состояние и воспаление кишок, которые были повреждены, по мнению доктора, ехавшего с раненым, должны были унести его. Но на седьмой день он с удовольствием съел ломоть хлеба с чаем, и доктор заметил, что общий жар уменьшился. Князь Андрей поутру пришел в сознание. Первую ночь после выезда из Москвы было довольно тепло, и князь Андрей был оставлен для ночлега в коляске; но в Мытищах раненый сам потребовал, чтобы его вынесли и чтобы ему дали чаю. Боль, причиненная ему переноской в избу, заставила князя Андрея громко стонать и потерять опять сознание. Когда его уложили на походной кровати, он долго лежал с закрытыми глазами без движения. Потом он открыл их и тихо прошептал: «Что же чаю?» Памятливость эта к мелким подробностям жизни поразила доктора. Он пощупал пульс и, к удивлению и неудовольствию своему, заметил, что пульс был лучше. К неудовольствию своему это заметил доктор потому, что он по опыту своему был убежден, что жить князь Андрей не может и что ежели он не умрет теперь, то он только с большими страданиями умрет несколько времени после. С князем Андреем везли присоединившегося к ним в Москве майора его полка Тимохина с красным носиком, раненного в ногу в том же Бородинском сражении. При них ехал доктор, камердинер князя, его кучер и два денщика.

Заказать написание уникльной работы

" xml:lang="-none-" lang="-none-">PAGE 18

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">План

1. " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Вступление.
2. " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Отличительные особенности колониальных одноклеточных организмов.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> 3. Описание некоторых одноклеточных колониальных

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Организмов.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> 4. " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Большинство живых организмов, населяющих нашу планету, имеет клеточное строение, и их индивидуальное развитие начинается из одной клетки. Поэтому клетка представляет собой основную единицу строения и развития всех существующих сейчас растительных и животных организмов. Клеточную теорию сформулирована в 1838-1839 годах ботаником Матиасом Шлейденом и зоологом Теодор Шванн. Эти ученые доказали принципиальную сходство между собой животных и растительных клеток, и на основе всех накопленных к тому времени знаний постулировали, что клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов. 1855 Рудольф Вирхов дополнил клеточную теорию утверждением лат. «Omnis cellula eх cellula» - «Каждая клетка - из клетки». " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Основа клеточной теории: клетка — основная структурная единица теории и единица развития живых организмов " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">; " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">ядро — основная составляющая клетки; клетки размножаются только делением; всем клеткам присуще мембранное строение; клеточное строение — свидетельство единого происхождения растительного и животного мира. " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Клеточная теория является одной из основополагающих идей современной биологии, она стала неоспоримым доказательством единства всего живого и фундаментом для развития таких дисциплин как эмбриология, гистология и физиология.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> За 3 млрд. лет существования на Земле живое вещество развилось до нескольких миллионов видов, но все они — от бактерий до высших животных — состоят из клеток. Как известно, клетка - основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная биологическая система. Это означает, что на клеточном уровне организации живой материи полностью проявляются все основные свойства живого: обмен веществ и превращения энергии, способность к росту и размножению, движения, хранение и передача наследственной информации и т.п. Все клетки живых организмов подразделяются на два вида с учетом их строения и функций в живых организмах: прокариоты (лат. pro — перед и греч. karyon — ядро), или предъядерные клетки, и эукариоты (греч. еу — полностью, хорошо и karyon — ядро). Организм (от лат. организме — устраиваю, придаю стройный вид) — это биологическая система, состоящая из взаимосвязанных частей, функционирующих как одно целое. Организмы, обитающие на Земле, очень многообразны по строению: одноклеточные, колониальные и многоклеточные. При этом только среди одноклеточных встречаются прокариоты, а все колониальные и многоклеточные — эукариоты. Для любого организма характерны все признаки живого: обмен веществ и превращение энергии, раздражимость, наследственность и изменчивость, рост, развитие и размножение. Чтобы систематизировать знания, сохранить информацию о многообразии живых организмов их принято объединять в систематические группы (классифицировать), руководствуясь общими признаками.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> На первый взгляд все организмы в той или иной степени отличаются друг от друга, ведь в процессе эволюции каждый вид шел своим путем, приспосабливаясь к условиям окружающей среды. Но все организмы имели и имеют сходные потребности. Абсолютно все испытывают потребность в пище, которая необходима для выработки энергии, нуждаются в определенном жизненном пространстве, стремятся выжить и оставить потомство. Самые простые формы организмов — одноклеточные. Они встречаются среди всех основных царств живой природы: бактерий, растений, животных и грибов. Одноклеточные организмы распространены в воде, почве, воздухе, а также в телах многоклеточных организмов. Одноклеточные организмы успешно приспособились к разнообразным условиям жизни, и составляют почти половину от массы всех организмов Земли. Часть из них являются автотрофами (содержат хлорофилл – основной запасной углевод – крахмал), другие — гетеротрофами " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">(поглощение питательных веществ путем пиноцитоза через мембрану или всасывание). Отличительная особенность одноклеточных — достаточно простое строение тела. Это клетка, обладающая всеми основными признаками самостоятельного организма. Органеллы (от лат. органелла — уменьшительное от органа, т. е. маленький орган) клетки, подобно органам многоклеточных организмов, выполняют различные функции. Размножаются одноклеточные достаточно быстро и при благоприятных условиях в течение часа могут давать два, а иногда и три поколения. При неблагоприятных условиях они могут образовывать споры, покрытые плотными оболочками. Процессы жизнедеятельности в спорах практически отсутствуют. При благоприятных условиях спора вновь превращается в активно функционирующую клетку. Более века назад некоторые ученые (Э.Геккель) предлагали выделить одноклеточные организмы в отдельное царство, но всеобщего признания эта идея не получила, ведь многие из них занимают промежуточное положение. Одни одноклеточные имеют явное сходство с растениями, другие - с животными, третьи несут признаки обоих царств, четвертые не похожи ни на кого. Прокариотные одноклеточные организмы входят только в царство Бактерии. Одноклеточные эукариоты встречаются в остальных царствах живой природы. В царстве Растения — это одноклеточные водоросли, в царстве Животные — это простейшие, в царстве Грибы — это одноклеточные грибы-дрожжи.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Отличительные особенности колониальных одноклеточных организмов

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Колониальный организм — термин, который объединяет две группы ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">организм ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">ов: " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">
1) Организмы, состоящие из множества клеток, слабо дифференцированных и не разделенных на ткани; во многих случаях каждая такая клетка сохраняет способность к размножению ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">(вольвоксовые ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">зеленые водоросли ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> пандорина, " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> эудорина и др., многие группы ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">протистов ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">). " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2) Многоклеточные организмы, образующие колонии из нескольких особей, более или менее тесно связанных между собой, обычно имеющих одинаковый ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">генотип ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">и общий обмен веществ и системы регуляции. Среди животных к таким организмам относятся многие виды ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">коралловых полипов ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">, ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">мшанок ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">, ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">губок " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> и др. В ботанике для обозначения таких организмов принят термин "модулярные" (в противоположность унитарным) - это, например, корневищные злаки, ландыш и др.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Колониальная форма представляет собой объединение клеток, возникших путем бесполого размножения (деления) и не разошедшихся друг от друга. Отдельные клетки и группы клеток в колонии могут быть специализированы и функционировать согласованно в интересах всей колонии. В колонии имеются клетки двух типов: вегетативные, осуществляющие движение, питание, ориентацию по отношению к свету, и генеративные, выполняющие функцию размножения колонии. Наличие специализированных клеток для выполнения определенных функций напоминает организацию многоклеточного организма с наличием в нем ряда специализированных клеток, объединенных в ткани. От истинно многоклеточных организмов колониальные отличаются, прежде всего, более низким уровнем целостности (например, на отдельные раздражители часто реагируют отдельные особи, а не вся колония как целое), а колониальные протисты — также более низким уровнем дифференциации клеток. У многих высокоинтегрированных подвижных колоний (;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">морские перья ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">, " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> сифонофоры и др.) уровень целостности достигает уровня единого организма, а отдельные особи выполняют роль органов колонии. У таких (и многих других) колоний имеется общая часть (стебель, ствол), которая не принадлежит ни одной из особей.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> У большинства колониальных организмов в ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">жизненном цикле ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">присутствуют одиночные стадии. Обычно после полового размножения развитие начинается с одной клетки, которая у многоклеточных животных дает начало исходной многоклеточной особи. Она, в свою очередь, дает начало колонии в результате не доведенного до конца бесполого или вегетативного размножения. У некоторых протистов и бактерий сходные с колониями образования (например, плодовые тела ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">миксомицетов " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> или ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">миксобактерий ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">) " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> могут образовываться и другим путем - соединением исходно независимых одиночных особей.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Считают, что колониальные организмы являются переходной формой от одноклеточных к многоклеточным организмам. Многоклеточные организмы отличаются от колониальных тем, что:

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">1) у колониальных все клетки одинаковые, а у многоклеточных есть различные органы и ткани;

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2)у колониальных нет полового размножения, а у многоклеточных есть;

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">3)колониальные не могут жить на суше, а многоклеточные могут;

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Описание некоторых одноклеточных колониальных организмов

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Строение бактериальной клетки. " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Размеры – от 1 до 10 мкм. Форма бактериальной клетки может быть самой разнообразной. Шаровидные бактерии по расположению клеток после деления подразделяют на несколько форм: монококки – одиночные; диплококки – образуют пары; тетракокки – образуют тетрады; стрептококки – делятся в одной плоскости, образуют цепочки; стафилококки – делятся в разных плоскостях, образуют скопления, напоминающие грозди винограда; сарцины образуют пакеты по 8 особей.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Другая группа, автотрофы, способна синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают: фотоавтотрофов, синтезирующих органические вещества за счет энергии света, и хемоавтотрофов, синтезирующих органические вещества за счет химической энергии окисления неорганических веществ: серы, сероводорода, аммиака. К ним относятся, например, нитрифицирующие бактерии, железобактерии, водородные бактерии.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Спорообразование у бактерий – способ переживания неблагоприятных условий. Споры формируются обычно по одной внутри «материнской клетки» и называются эндоспорами. Споры обладают высокой устойчивостью к радиации, экстремальным температурам, высушиванию и другим факторам, вызывающим гибель вегетативных клеток. При этом клетка обезвоживается, нуклеоид сосредотачивается в спорогенной зоне. Образуются защитные оболочки, предохраняющие споры бактерий от действия неблагоприятных условий (споры многих бактерий выдерживают нагревание до 130˚С, сохраняют жизнеспособность десятки лет). При наступлении благоприятных условий спора прорастает, и образуется вегетативная клетка.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Размножение " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">. Бактерии размножаются только бесполым способом – делением «материнской клетки» надвое или почкованием. Перед делением происходит репликация ДНК, некоторые бактерии при благоприятных условиях способны делиться каждые 20 минут.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">У бактерий никогда не образуются гаметы, не происходит слияние содержимого клеток, а имеет место генетическая рекомбинация, при которой происходит передача ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту.

;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Колонии могут образовывать и зеленые водоросли. Наиболее интересна в этом отношении колония вольвокса, которая больше напоминает многоклеточный организм. Согласованное биение жгутиков обеспечивает направленное движение. Репродуктивные клетки, отвечающие за размножение, располагаются с одной стороны колонии. Благодаря им внутри материнской колонии образуются дочерние колонии, которые потом отделяются и переходят к самостоятельному существованию. В прудах и озерах можно найти плавающие в воде зеленые шарики диаметром до 1 мм. До сих пор до конца не ясно, к какому царству отнести этот организм, так как в строении и жизнедеятельности проявляются признаки, как животных, так и растений. Именно поэтому вольвокс относят либо к колониальным водорослям, либо к колониальным простейшим - жгутиконосцам. Каждый шарик состоит из множества клеток (больше тысячи), похожих на эвглену зеленую. Клетки имеют грушевидную форму и 2 жгутика, соединены между собой цитоплазматическими мостиками. Основная масса шарика - это полужидкое студенистое вещество. Клетки погружены в него у самой поверхности, так что жгутики торчат наружу. Благодаря движению жгутиков вольвокс перекатывается в воде ("вольвокс" означает "катящийся", еще называют «волчок»). Каждая клетка выглядит как самостоятельное простейшее, но все вместе они образуют колонию, потому, что соединены друг с другом. Этим объясняется согласованная работа жгутиков всей колонии. В середине - 16 репродуктивных клеток, которые называются гонидиями. Существуют и некоторые двудомные виды вольвоксов (Вольвокс золотистый). Согласованное биение жгутиков обеспечивает направленное движение. Репродуктивные клетки, отвечающие за размножение, располагаются с одной стороны колонии. Благодаря им внутри материнской колонии образуются дочерние колонии, которые потом отделяются и переходят к самостоятельному существованию. Первично-дифференцированная стадия в эволюции многоклеточной организации характеризуется началом специализации по принцип «разделения труда» у членов колонии не только Volvox globator (тысячи клеток), но и у колоний Pandorina morum (16 клеток), Eudorina elegans (32 клетки). Специализация у названных организмов сводится к разделению клеток на соматические, осуществляющие функции питания и движения (жгутики), и генеративные (гонидии), служащие для размножения.

;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">По характеру развития различают монотомические и палинтомические колонии. Монотомией называют такой способ бесполого размножения, при котором после акта разделения дочерние особи растут и восстанавливают все органоиды, характерные для материнской клетки. Отдельные клетки колоний периодически делятся, увеличивая число особей, слагающих колонию. Время от времени сама колония, достигшая предельной для данного вида величины, перешнуровывается пополам. Этим путём осуществляется увеличение числа колоний. У полинтомических колоний, к которым, например, относятся растительные жгутиконосцы семейства вольвоксовых. Размножение происходит иначе. Все клетки колонии или только некоторые из них претерпевают последовательные полинтомические деления, благодаря чему получается сразу несколько молодых колонии. Вся материнская колония распадается на дочерние, число которых равно числу клеток старой колонии. У вольвокса лишь немногие клетки материнской колонии претерпевают палинтомическое деление. Образующиеся дочерние клетки сначала помещаются внутри материнской. Через некоторое время старая колония разрушается и расположенные внутри неё становятся свободными. У такой сложной колонии, как вольвокс, большая часть клеток не даёт начало следующему поколению, а периодически умирают. ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">По способу питания, водоросли «вольвокс» являются автотрофами, и содержат зелёный пигмент ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">хлорофилл ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">. Пигмент находится в клетке водоросли в специальной органелле ленточной или звёздчатой формы, называемой хроматофором.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">К колониальным растениям относятся различные одноклеточные водоросли: сине-зеленые, зеленые, золотистые, желто-зеленые, диатомовые, пирофитовые, эвгленовые. По способу образования колоний их делят на зооспоровые и автоспоровые (размножаются зооспорами или автоспорами). Среди гетеротрофных жгутиконосцев и ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">инфузорий ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> также немало колониальных форм. Существуют колониальные ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">радиолярии ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">.

;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Водоросли по способу питания являются автотрофами, и содержат зелёный пигмент ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">хлорофилл ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">. Пигмент находится в клетке водоросли в специальной органелле ленточной или звёздчатой формы, называемой ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">хроматофором. Одни из " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> самых древних водорослей - ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">синезеленые водоросли, древнейшие представители мира растений. Общее число видов около 1400 (150 родов). Это одноклеточные или колониальные организмы. Им свойственна разнообразная окраска – сине-зеленая, оливковая, темно-зеленая, обусловленная пигментами, которые содержатся в клетках в разных сочетаниях. Главное отличие синезеленых от других водорослей – отсутствие в клетках ядра, хроматофоров, вакуолей и настоящих митохондрий. Клеточная стенка пектиновая и легко ослизняется. Нередко одноклеточные или нитчатые колониальные организмы покрываются слизистым чехлом и в результате погружения в толщину слизи образуют довольно крупные колонии. Колониальные водоросли, как правило, имеют форму нитей, составленных из цилиндрических или шаровидных клеток. Среди однородных клеток, слагающих колонию, выделяются более крупные толстостенные мертвые клетки с желто-бурым содержимым. Это гетероцисты.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> В физиологическом отношении все синезеленые – типичные фотосинтетики. Однако многие из них, живя в водоемах, загрязненных гниющими остатками, питаются миксотрофно (смешанно).

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Синезеленые водоросли никогда не образуют жгутиковых форм или стадий. Размножаются бесполым путем, преимущественно вегетативно. Половое размножение отсутствует. Участки колонии, служащие для вегетативного размножения, называют гормогониями. При бесполом размножении из обычных живых клеток формируются споры, окруженные толстой стенкой, нередко имеющей различные выросты. В виде покоящихся клеток – «спор» синезеленые водоросли переживают неблагоприятные условия. Колоний первого рода представляет зеленая водоросль педиаструм; в клетках ее 16-клеточной колонии возникают, после деления ядра и раскалывания протоплазмы, по 16 двужгутиковых зооспор; выйдя в слизистом пузыре из материнской оболочки, зооспоры, подвигавшись, теряют жгутики, примыкают друг к другу, образуют твердые оболочки и срастаются в новую 16-клеточную таблитчатую колонию. Как образец открытой колонии можно привести кремневую водоросль гомфонему: клетки ее выделяют через мелкие перфорации панциря на одном конце слизь плотной консистенции, образующую «ножку» или «стебелек»; клетки, размножаясь делением и образуя «ножки», сочленяются в колонию—комплекс клеток, ножки которых, состоящие из затвердевшей слизи, составляют в целом нечто в виде кустика.

" xml:lang="uk-UA" lang="uk-UA">Сравнительная характеристика некоторых других " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">отделов водорослей

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Значение колониальных одноклеточных организмов.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Значение бактерий. Бактерии играют огромное значение и в биосфере, и в жизни человека. Бактерии принимают участие во многих биологических процессах, особенно в круговороте веществ в природе. Роль бактерий в природе определяется тем, что все они гетеротрофны. Минерализуя отмершие организмы растений и животных, они возвращают в биологический круговорот минеральные вещества, использованные автотрофными зелеными растениями в процессе фотосинтеза и водно-минерального питания. Процесс распада белков в результате деятельности бактерий называется гниением, а распада углеродсодержащих небелковых веществ — брожением. Гнилостные бактерии разрушают азотсодержащие органические соединения неживых организмов, превращая их в перегной. Минерализующие бактерии разлагают сложные органические соединения перегноя до простых неорганических веществ, делая их доступными для растений.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Многие бактерии могут фиксировать атмосферный азот. Причем, азотобактер, свободноживущий в почве, фиксирует азот независимо от растений, а клубеньковые бактерии проявляют свою активность, только в симбиозе с корнями высших растений (преимущественно бобовых), благодаря этим бактериям почва обогащается азотом и повышается урожайность растений. Фиксируют атмосферный азот и цианобактерии.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Симбиотические бактерии кишечника животных (прежде всего, травоядных) и человека обеспечивают усвоение клетчатки.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. Соединения, образующиеся в результате деятельности бактерий одного типа, могут служить источником энергии для бактерий другого типа.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Помимо углекислого газа, при разложении органического вещества в атмосферу попадают и другие газы: H2, H2S, CH4 и др. Таким образом, бактерии регулируют газовый состав атмосферы.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Некоторые вещества, образующиеся в процессе жизнедеятельности бактерий, важны и для человека. Деятельность бактерий используется для получения молочнокислых продуктов, для квашения капусты, силосования кормов; для получения органических кислот, спиртов, ацетона, ферментативных препаратов; в настоящее время бактерии активно используются в качестве продуцентов многих биологически активных веществ (антибиотиков, аминокислот, витаминов и др.), используемых в медицине, ветеринарии и животноводстве.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Благодаря методам генной инженерии, с помощью бактерий получают такие необходимые вещества, как человеческий инсулин, гормон роста, интерферон.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Роль водорослей в природе и жизни человека огромна. Вместе с высшими растениями и хемосинтезирующими бактериями они составляют группу продуцентов, за счёт жизнедеятельности которых существуют все остальные нефотосинтезирующие организмы. Заросли водорослей служат местом питания, укрытия и размножения многих морских животных. Наземные виды являются пионерами растительности, поселяясь на безжизненных и бесплодных местах. В практике используют свойство водорослей образовывать органические вещества и кислород. Водоросли широко используют в лабораторных и космических исследованиях.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Говоря о хозяйственном значении сине-зеленых, на первое место нужно поставить их роль в качестве возбудителей «цветения» воды. Это, к сожалению, отрицательная роль. Положительное значение их заключается, прежде всего, в способности усваивать свободный азот. Среди синезеленых водорослей встречаются виды, способные фиксировать атмосферный азот, сочетая этот процесс с фотосинтезом. Поселяясь на стволах деревьев в крупных городах и промышленных центрах, они служат индикаторами загрязнения атмосферного воздуха оксидами азота. В восточных странах сине-зеленые водоросли используют даже в пищу, а в последние годы некоторые из них нашли дорогу в бассейны массовых культур для индустриального производства органического вещества. В сельском хозяйстве водоросли используются как органические удобрения (азотофиксирующие сине-зеленые водоросли, их массы собирают во время «цветения» водоемов). Сине-зеленые водоросли обусловливают образование гумуса, улучшают аэрацию почвы, влияют на ее структуру.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> В санитарной гидробиологии сине-зеленые водоросли используются как индикаторы, показывающие степень загрязнения воды органическими веществами. Водоросли применяют при очистке промышленных вод.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Пирофитовые водоросли широко распространены в морских и пресных водах. В морях и океанах они вместе с диатомовыми составляют основу растительного планктона. Некоторые из них (ночесветка и др.) вызывают ночное свечение моря. " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Пирофитовые активно участвуют в круговороте веществ в водоемах. Многие из них, обитая в загрязненных и сточных водах, выполняют функцию активных санитаров, участвуют в самоочищении этих вод.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> Диатомовые водоросли обитают в морях, пресных водах и на влажной почве. Они имеют большое значение как создатели органического вещества в гидросфере, в морях и океанах составляют основную массу растительной части планктона, могут существовать на глубине до 100 м. Диатомовые водоросли играют первостепенную роль в осадконакоплении, образуя на дне океана, морей и пресноводных водоемов диатомовые илы. В морских бухтах, загрязненных органическими веществами, они участвуют в процессах естественного очищения вод. По питательной ценности диатомеи превосходят картофель и хлебные злаки: содержание белков и жиров в них выше.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Значение желтозеленых водорослей в природе заключается в том, что они наряду с другими фитотрофными организмами создают первичную продукцию водоемов и входят в пищевую цепь гидробионтов, наравне с другими водорослями вызывают отложение сапропелей, активно участвуют в накоплении органического вещества. Способность большинства видов эвгленовых водорослей к миксотрофному (смешанному) или полностью сапрофитному питанию позволяет им активно участвовать в самоочищении водоемов, загрязненных органическими веществами.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Список литературы:

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">1..Марфенин Н.Н. Феномен колониальности. М., Изд-во МГУ, 1993.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">2.Небел Б. ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Наука ;color:#000000" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU"> " xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">об окружающей среде. Как устроен мир. М., 1993.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">Иванова Т.В. Биология. 2002 год.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">3.Медников Б. Биология формы и уровня жизни, 1994 г.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">4.Гильберт С. Биология развития. т.1, 1993 г.

" xml:lang="ru-RU" lang="ru-RU">5.«Жизнь растений – водоросли» А.А. Фёдоров, А.Л. Курсанов, Н.В. Циуин, М.В. Горленко, С.Р. Жилин.

Колониальные живые организмы состоят из одинаковых клеток живущих вместе (кораллы) Колониальный организм — термин, объединяющий две группы организмов:

1. Организмы, состоящие из небольшого количества клеток, слабо дифференцированных и не разделенных на ткани; во многих случаях такая клетка сохраняет способность к размножению (вольвокс зеленые водоросли Pandorina, Eudorine и др., многие виды сувийок и другие группы противостою).

2. Многоклеточные организмы, которые образуют колонии из нескольких особей, более или менее тесно связанных между собой, которые обычно имеют одинаковый генотип и общий обмен веществ и системы регуляции.

Колониальные организмы, которые при бесполом (вегетативном) размножении остаются соединенными с дочерним и последующими поколениями, образуя более или менее сложное объединение — колонию. К колониальным растениям относятся различные одноклеточные водоросли: сине-зеленые, зеленые, золотистые, желто-зеленые, диатомовые, пирофитовые, евгленови. По способу образования колоний их делят на Зооспоры и автоспорте (размножаются зооспорами или автоспорте). К колониальных животных относятся преимущественно морские животные — беспозвоночные и низшие хордовые. Из одноклеточных — некоторые жгутиковые, радиолярии, инфузории; из других беспозвоночных — много губок, большинство кишечнополостных, в том числе сифонофоры, почти все гидроиды, много коралловых полипов и полипоидных поколения некоторых сцифоидных, мшанки. Из низших хордовых — сальпы и долиолиды (Doliolida). Сюда же относятся вымершие граптолиты. Часть колониальных животных (мшанки, гидроиды, коралловые полипы, синасцидии и др.) Ведет прикрепленный образ жизни; колония обычно неподвижно укреплена на субстрате и обладает более или менее развитым скелетом. Колониальные радиолярии, сифонофоры, пиросомы бочёночники и сальпы живут в толще воды. Обычно они полупрозрачные, скелет у них не развит. Для многих характерен метагенез: колониальное поколения, вегетативно размножается, чередуется с одиночным, половым. Колониальные организмы играли роль промежуточного звена в процессе возникновения многоклеточных животных из одноклеточных.

Колониальные организмы состоят из определенного количества клеток одного или нескольких типов. Однако, в отличие от многоклеточных организмов, клетки колониальных обычно функционируют независимо друг от друга.

Колониальные жгутиковые (вольвокс, пандорина, эвдорина и др.) рассматриваются как переходные формы от одноклеточных к многоклеточным организмам. Наиболее просто устроенные колонии состоят из соединенных вместе 4-16 совершенно одинаковых одноклеточных особей - зооидов. Каждый зооид имеет жгутик, глазок, хроматофоры и сократительную вакуоль.

Представитель колониальных видов жгутиковых - вольвокс (Volvox globator) образует крупные шарообразные колонии, состоящие из многих тысяч вегетативных зооидов - мелких грушевидных клеток, каждая из которых имеет по два жгутика. Диаметр шара 1-2 мм. Полость его заполнена студенистым веществом. Все клетки вольвокса (зооиды) соединены между собой тонкими протоплазматическими мостиками, что обеспечивает возможность координации движения жгутиков. Колония двигается в воде благодаря согласованному движению жгутиков отдельных особей.

У вольвокса уже наблюдается разделение функции клеток колонии. Так, на одном полюсе колонии, которым она движется вперед, имеются клетки с более развитыми светочувствительными глазками, а в нижней части колонии (где глазки слабо развиты) располагаются клетки, способные к делению (клетки размножения, генеративные зооиды), т.е. отмечается дифференцировка на соматические и половые особи.

Размножение вольвокса осуществляется за счет особых - генеративных - зооидов. Они уходят с поверхности внутрь колоний и здесь, размножаясь делением, образуют дочерние колонии. После отмирания материнской колонии дочерние начинают самостоятельную жизнь. Осенью за счет генеративных особей образуются и половые формы: крупные неподвижные макрогаметы (женские половые зооиды) и мелкие, снабженные двумя жгутами микрогаметы (мужские половые зооиды). В процессе гаметогенеза особи, превращающиеся в макрогаметы, не делятся и увеличиваются в размерах. Особи, дающие микрогаметы, многократно делятся и образуют большое число мелких двужгутиковых особей. Микрогаметы активно отыскивают неподвижные макрогаметы и сливаются с ними, образуя зиготы. Зиготы дают начало новым колониям. Первые два деления зиготы - мейотические. Следовательно, у колониальных жгутиковых только зигота имеет диплоидный набор хромосом, все остальные стадии жизненного цикла - гаплоидные.

Колониальные жгутиковые в общебиологическом отношении представляют большой интерес. Не вызывает сомнения, что образование колоний древнейших простейших явилось ступенью на пути к возникновению многоклеточных организмов. Некоторые биологи (А. А. Захваткин) считают, что колонии вольвокса, состоящие из тысяч зооидов, должны рассматриваться как примитивные многоклеточные животные.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http :// www . allbest . ru /

Колонии одноклеточных организмов

одноклеточный органи зм молекулярный витамин

Одноклеточные организмы -- внесистематическая категория живых организмов, тело которых состоит из одной (в отличие от многоклеточных) клетки (одноклеточность). К ней могут относиться как прокариоты, так и эукариоты. Термин «одноклеточные» также иногда используется как синоним протист (лат. Protozoa, Protista).

Основные группы одноклеточных:

Инфузории (12 мк -- 3 мм)...

Амебы (до 0,3 мм)

Ресничные

Прокариоты преимущественно одноклеточны, за исключением некоторых цианобактерий и актиномицетов. Среди эукариот одноклеточное строение имеют простейшие, ряд грибов, некоторые водоросли. Одноклеточные могут формировать колонии.

Колония (лат. colonia) -- в биологии, это отношение отдельных организмов одного вида живущих вместе, обычно на основе взаимной выгоды, например, для защиты или нападения на большую добычу. Некоторые виды (такие как медоносные пчёлы и муравьи) живут исключительно в колониях. Вид -- португальский кораблик (Physaliaphysalis), один из примеров полиповых форм колонии.Колонии из одноклеточных организмов называется колониальным организмом.

Колониальный организм- термин, который объединяет две группы организмов:

Организмы, состоящие из множества клеток, слабо дифференцированных и не разделенных на ткани; во многих случаях каждая такая клетка сохраняет способность к размножению (вольвоксовые зеленые водоросли Pandorina, Eudorine и др., многие виды сувоек и другие группы протистов).

Многоклеточные организмы, образующие колонии из нескольких особей, более или менее тесно связанных между собой, обычно имеющих одинаковый генотип и общий обмен веществ и системы регуляции. Среди животных к таким организмам относятся многие виды коралловых полипов, мшанок, губок и др. В ботанике для обозначения таких организмов принят термин «модулярные» (в противоположность унитарным) -- это, например, корневищные злаки, ландыш и др.

Яркими представителями колониальных организмов являются колониальные зеленые водоросли (напр., эудорина, пандорина, а также вольвокс, представляющий переходную форму к настоящим многоклеточным организмам). Широко распространены колониальные формы и среди других групп водорослей - диатомовых, золотистых и т.п. Среди гетеротрофных жгутиконосцев и инфузорий также немало колониальных форм. Существуют колониальные радиолярии.

Среди животных к колониальным относятся большинство губок и кишечнополостных (коралловые полипы, гидроидные полипы, сифонофоры), практически все мшанки и камптозои, многие оболочники, некоторые крыложаберные). У многих групп животных временные колонии образуются при бесполом размножении.

От истинно многоклеточных организмов колониальные отличаются прежде всего более низким уровнем целостности (например, на отдельные раздражители часто реагируют отдельные особи, а не вся колония как целое), а колониальные протисты -- также более низким уровнем дифференциации клеток. У многих высокоинтегрированных подвижных колоний (морские перья, сифонофоры и др.) уровень целостности достигает уровня единого организма, а отдельные особи выполняют роль органов колонии. У таких (и многих других) колоний имеется общая часть (стебель, ствол), которая не принадлежит ни одной из особей.

У большинства колониальных организмов в жизненном цикле присутствуют одиночные стадии. Обычно после полового размножения развитие начинается с одной клетки, которая у многоклеточных животных дает начало исходной многоклеточной особи. Она, в свою очередь, дает начало колонии в результате не доведенного до конца бесполого или вегетативного размножения.У некоторых протистов и бактерий сходные с колониями образования (например, плодовые тела миксомицетов или миксобактерий) могут образовываться и другим путем - соединением исходно независимых одиночных особей.

Считается, что одноклеточными были первые живые организмы Земли. Наиболее древними из них считаются бактерии и археи. Одноклеточные животные и прокариоты были открыты А. Левенгуком.

Эукариоты, или Ядерные (лат. Eucaryota от греч. еэ- -- хорошо и кЬсхпн -- ядро) -- домен (надцарство) живых организмов, клетки которых содержат ядра. Все организмы, кроме бактерий и архей, являются ядерными (вирусы и вироиды также не являются эукариотами, но не все биологи считают их живыми организмами).

Животные, растения, грибы, а также группы организмов под общим названием протисты -- все являются эукариотическими организмами. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток. Считается, что все эти столь несхожие организмы имеют общее происхождение, поэтому группа ядерных рассматривается как монофилетический таксон наивысшего ранга. Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,5--2 млрд лет назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез -- симбиоз между эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и проглоченными этой клеткой бактериями -- предшественниками митохондрий и хлоропластов.

Взаимодействие регуляторных систем в организме

Жизнедеятельность организма находится под постоянным воздействием многочисленных возмущающих факторов. Реакция, которая является ответом на то или иное воздействие, как правило, не ограничивается одной системой. В ней участвуют все системы организма в целом, поскольку эта реакция -- результат целого ряда сложных и взаимосвязанных процессов регулирования, направленных на сохранение устойчивого состояния. В результате этого взаимодействия функциональный уровень организма претерпевает постоянные изменения.

Взаимодействие регуляторных систем легче всего можно проследить, если вывести организм нз состояния равновесия, воздействуя на него сверхфизиологическим стимулом. При этом в организме происходят разнообразные изменения, среди которых часто можно отметить мобилизацию адреналина, АКТГ, кортикостероидов, гипергликемию, усиление белкового и жирового катаболизма, глюконеогенез, появление нефосфорилирующегося окисления и усиление гликолитических процессов, изменение механизмов теплообразования и теплоотдачи, перераспределение кровотока, изменение объема циркулирующей крови, выброс в кровоток недоокисленных продуктов обмена, уменьшение буферной емкости крови, изменение фильтрационной функции почек, усиление сердечно-сосудистой деятельности и дыхания и т. д.

После устранения возмущающего фактора энергетические потребности удовлетворяются новыми значениями объемной и линейной скорости кровотока, частоты и глубины дыхания, увеличенной доставкой клеткам организма энергетических субстратов, витаминов, гормонов, микроэлементов, электролитов и т. д. При этом в случае продолжающегося воздействия равновесное состояние может установиться на новом, более высоком или более низком функциональном уровне.

Разнообразные процессы в организме согласованы между собой, взаимосвязаны и взаимозависимы. Так, усиление теплообразования влечет за собой увеличение эффективной теплоотдачи, дополнительная емкость сосудистой системы заполняется мобилизованной из депо кровью. Режимы кровотока и альвеолярной вентиляции изменяются так, что создаются новые условия газообмена. Увеличенная концентрация калия крови, которая неблагоприятно сказывается на деятельности сердца, снижается.почечной фильтрацией. Увеличение скорости кровотока по капиллярам благоприятствует возросшей интенсивности клеточного окисления и т. д.

Наиболее сложным и интересным является вопрос о том, каким образом после воздействия возмущающего фактора обеспечивается некоторое новое, равновесное состояние системы.

Возмущение может привести к полной дезорганизации организма. Однако регуляторные системы осуществляют непрерывный контроль состояния функций и воздействуют на них, предотвращая недопустимые отклонения переменных. При этом может отмечаться как усиление, так и ослабление некоторой регулируемой функции. Например, механизмы конвекции, радиации и потоотделения усиливают эффективность теплоотдачи. Вентиляция и почечная функция уменьшают концентрацию водородных ионов крови, вымывание из клетки субстрата тормозит скорость взаимодействия фермент-- субстрат (см., например, работу М. Диксон и Э. Уэбб, 1961).

Интенсивность клеточного окисления изменяется в зависимости от ферментативной системы, субстратов, подлежащих окислению, конечных продуктов окисления, температуры клетки, рН, напряжения кислорода (/Юг). Уровень р02 клетки зависит от р02 крови, клеточного орошения, линейной скорости кровотока. Напряжение кислорода в артериальной крови зависит от насыщения крови кислородом рН, рС02, концентрации электролитов и температуры крови. В свою очередь эти показатели зависят от функции сердца, режимов вентиляции и т. д.

Таким образом формируется единый комплекс причинно-следственных отношений многоконтурной, гомео-статической "системы, где каждая причина одновременно является и следствием, а выходные переменные одних подсистем одновременно служат входными "Сигналами для других подсистем.

Этот комплекс можно представить как совокупность опосредованных воздействий, когда каждая переменная оказывает прямое или косвенное влияние на любую другую переменную. Естественно, что в различных ситуациях это влияние проявляется по-разному. В условиях физиологического покоя деятельность всех систем организма тонко согласована: одно и то же количество кислорода поступает через альвеолы в артериальную кровь, переносится кровью к тканям. При этом все системы находятся «в равных условиях», ни одна из них не препятствует работе других, они работают как бы звеньями одной цепи, поэтому столь удачен термин «кислородная эстафета» в применении к так называемой системе регулирования кислородного режима (А. 3. Колчинская и др., 1966). Аналогичные «цепи» можно выделить и для других субстратов -- глюкозы, солей, белков и др. Такая же последовательность реакций может быть рассмотрена и для тепловой энергии.

Все эти цепи образуют единый комплекс, в котором они тесно (переплетаются, имеют часто общий материальный переносчик (например, кровь или лимфу), локализуясь пространственно в одних и тех же тканях тела, иногда используя одни и те же структуры. При всем этом в условиях покоя возмущающее влияние одной системы на другую сводится к минимуму. Практически они функционируют, не пересекаясь, независимо друг от друга. Так, в условиях комфорта система терморегуляции не оказывает возмущающего действия на дыхание и кровообращение и в свою очередь не испытывает влияния с их стороны.

Конечно, взаимодействие систем не прекращается ни в каких условиях и небольшое по величине влияние на данную систему со стороны остальных систем как раз и позволяет всем системам, почти не изменяя своего состояния, сохранять согласованность функционирования.

Аналогичная ситуация наблюдается и в теории автоматического регулирования при исследовании сложных (так называемых многосвязных) систем регулирования. Оказывается, что если в таких системах требуется изменить какой-нибудь выходной сигнал на заданную величину, то этого можно достигнуть либо большим, грубым изменением одного из входных сигналов этой системы, либо небольшими изменениями одновременно нескольких входных сигналов (Э. Мишкин и Л. Браун, 1961).

Если в условиях физиологического покоя все системы регуляции выступают на равных правах, действуют независимо, как бы изолированно, то в стрессовых условиях системы регуляции оказываются иногда в очень сложных взаимоотношениях. При этом "буферные механизмы, изолирующие системы друг от друга, исчерпываются, и возникают эффекты непосредственного возмущающего действия одних систем на другие -- эффекты иерархических влияний, доминирования, конкурентных взаимоотношений. Это иллюстрируется примером взаимодействия систем регулирования артериального давления и терморегуляции. Деятельность первой в экстремальных условиях может быть направлена на сужение сосудов кожи, второй--на расширение. При интенсивной нагрузке в условиях высокой температуры окружающей среды преобладает действие системы терморегуляции, что может иногда приводить к тепловому коллапсу (Г. Хензель, 1960).

Иммунитет -- это физиологическая функция, которая обеспечивает устойчивость организма к действию чужеродных антигенов. Иммунитет человека делает его невосприимчивым ко многим бактериям, вирусам, грибкам, глистам, простейшим, различным ядам животных, обеспечивает защиту организма от раковых клеток. Задачей иммунной системы является распознавать и разрушать все чужеродные структуры.

Иммунная система является регулятором гомеостаза. Эта функция осуществляется за счет выработки аутоантител, которые, например, могут связывать избыток гормонов.

Иммунологическая реакция, с одной стороны, является неотъемлемой частью гуморальной, так как большинство физиологических и биохимических процессов осуществляется при непосредственном участии гуморальных посредников. Однако нередко иммунологическая реакция носит прицельный характер и тем самым напоминает нервную регуляцию. Интенсивность иммунного ответа, в свою очередь, регулируется нейрофильным способом. Работа иммунной системы корректируется мозгом и через эндокринную систему. Такая нервная и гуморальная регуляция осуществляется с помощью нейромедиаторов, нейропептидов и гормонов. Промедиаторы и нейропептиды достигают органов иммунной системы по аксонам нервов, а гормоны выделяются эндокринными железами не­родственно в кровь и таким образом доставляются к органам иммунной системы.

Физиологические процессы в организме человека согласованно протекают благодаря существованию определенных механизмов их регуляции. Регуляция различных процессов в организме осуществляется с помощью нервного и гуморального механизмов.

Гуморальная регуляция осуществляется с помощью гуморальных факторов (гормонов), которые разносятся кровью и лимфой по всему организму.

Нервная регуляция осуществляется с помощью нервной системы

Нервный и гуморальный способы регуляции функций тесно связаны между собой. На деятельность нервной системы постоянно оказывают влияние приносимые с током крови химические вещества, а образование большинства химических веществ и выделение их в кровь находится под постоянным контролем нервной системы.

Регуляция физиологических функций в организме не может осуществляться с помощью только нервной или только гуморальной регуляции - это единый комплекс нейрогуморалыюй регуляции функций.

В последнее время высказано предположение, что существуют не две системы регуляции (нервная и гуморальная), а три (нервная, гуморальная и иммунная).

Нервная регуляция

Нервная регуляция -- это координирующее влияние нервной системы на клетки, ткани и органы, один из основных механизмов саморегуляции функций целостного организма. Нервная регуляция осуществляется с помощью нервных импульсов. Нервная регуляция является быстрой и локальной, что особенно важно при регуляции движений, и затрагивает все(!) системы организма.

В основе нервной регуляции лежит рефлекторный принцип. Рефлекс является универсальной формой взаимодействия организма с окружающей средой, это ответная реакция организма на раздражение, которая осуществляется через центральную нервную систему и контролируется ею.

Структурно-функциональной основой рефлекса является рефлекторная дуга -- последовательно соединенная цепочка нервных клеток, обеспечивающая осуществление ответа на раздражение. Все рефлексы осуществляются I благодаря деятельности центральной нервной системы -- головного и спинного мозга.

Гуморальная регуляция

Гуморальная регуляция -- это координация физиологических и биохимических процессов, осуществляемая через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость) с помощью биологически активныхвеществ (гормонов), выделяемых клетками, органами и тканями в процессе их жизнедеятельности.

Гуморальная регуляция возникла в процессе эволюции раньше, чем нервная. Она усложнялась в процессе эволюции, в результате чего возникла эндокринная система (железы внутренней секреции).

Гуморальная регуляция подчинена нервной регуляции и составляет совместно с ней единую систему нейрогуморальной регуляции функций организма, которая играет важную роль в поддержании относительного пос­тоянства состава и свойств внутренней среды организма (гомеостаза) и его приспособлении к меняющимся условиям существования.

Роль одноклеточных организмов в природе и жизни человека

Простейшие -- источник питания для других животных. В морях и в пресных водах простейшие, прежде всего инфузории и жгутиковые, служат пищей для мелких многоклеточных животных. Черви, моллюски, мелкие ракообразные, а также мальки многих рыб питаются преимущественно одноклеточными. Этими мелкими многоклеточными, в свою очередь, питаются другие, более крупные организмы. Самое большое из когда-либо живших на Земле животных -- голубой кит, как и все другие усатые киты, питается очень мелкими ракообразными, населяющими океаны. А эти рачки питаются одноклеточными организмами. В конечном счете существование китов зависит от одноклеточных животных и растений.

Простейшие -- участники образования горных пород. Рассматривая под микроскопом размельченный кусочек обыкновенного писчего мела, можно видеть, что он состоит преимущественно из мельчайших раковинок каких-то животных. Морские простейшие (корненожки и радиолярии) играют весьма важную роль в образовании морских осадочных горных пород. В течение многих десятков миллионов лет их микроскопически мелкие минеральные скелеты оседали на дно и образовывали мощные отложения. В древние геологические эпохи при горообразовательном процессе морское дно становилось сушей. Известняки, мел и некоторые другие горные породы в значительной мере состоят из остатков скелетов морских простейших. Известняки с давних пор имеют огромное практическое значение как строительный материал.

Изучение ископаемых остатков простейших играет большую роль в определении возраста разных слоев земной коры и нахождении нефтеносных слоев.

Борьба с загрязненностью водоемов -- важнейшая государственная задача. Простейшие -- показатель степени загрязненности пресных водоемов. Каждому виду простейших животных необходимы для существования определенные условия. Одни простейшие живут только в чистой воде, содержащей много растворенного воздуха и не загрязненной отходами фабрик и заводов; другие приспособлены к жизни в водоемах средней загрязненности. Наконец, есть и такие простейшие, которые могут жить в очень загрязненных, сточных водах. Таким образом, нахождение в водоеме определенного вида простейших дает возможность судить о степени его загрязненности.

Итак, простейшие имеют огромное значение в природе и в жизни человека. Одни из них не только полезны, но и необходимы; другие, напротив, опасны.

Вирусы --неклеточные формы жизни

Наряду с одно- и многоклеточными организмами в природе существуют и другие формы жизни. Таковыми являются вирусы, не имеющие клеточного строения. Они представляют собой переходную форму между неживой и живой материей.

Вирусы (лат. virus -- яд) были открыты в 1892 г. русским ученым Д. И. Ивановским при исследовании мозаичной болезни листьев табака.

Каждая вирусная частица состоит из РНК или ДНК, заключенной в белковую оболочку, которую называют капсидом. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У некоторых вирусов (например, герпеса или гриппа) есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, возникающая из плазматической мембраны клетки хозяина.

Поскольку в составе вирусов присутствует всегда один тип нуклеиновой кислоты -- ДНК или РНК, вирусы делят также на ДНК-содержащие и РНК-содержащие. При этом наряду с двухцепочечными ДНК и одноцепочечными РНК встречаются одноцепочечные ДНК и двухцепочечные РНК. ДНК могутиметь линейную и кольцевую структуры, а РНК, как правило, линейную. Подавляющее большинство вирусов относится к РНК-типу.

Вирусы способны размножаться только в клетках других организмов. Вне клеток организмов они не проявляют никаких признаков жизни. Многие из них во внешней среде имеют форму кристаллов. Размеры вирусов колеблются в пределах от 20 до 300 нм в диаметре.

Хорошо изучен вирус табачной мозаики, имеющий палочковидную форму и представляющий собой полый цилиндр. Стенка цилиндра образована молекулами белка, а в его полости расположена спираль РНК (рис. 5.2). Белковая оболочка защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятных условий внешней среды, а также препятствует проникновению ферментов клеток к РНК и ее расщеплению.

Молекулы вирусной РНК могут самовоспроизводиться. Это означает, что вирусная РНК является источником генетической информации и одновременно иРНК. Поэтому в пораженной клетке в соответствии с программой нуклеиновой кислоты вируса на рибосомах клетки хозяина синтезируются специфические вирусные белки и осуществляется процесс самосборки этих белков с нуклеиновой кислотой в новые вирусные частицы. Клетка при этом истощается и погибает. При поражении некоторыми вирусами клетки не разрушаются, а начинают усиленно делиться, часто образуя у животных, в том числе и человека, злокачественные опухоли.

Бактериофаги. Особую группу представляют вирусы бактерий -- бактериофаги, или фаги, которые способны проникать в бактериальную клетку и разрушать ее.

Тело фага кишечной палочки состоит из головки, от которой отходит полый стержень, окруженный чехлом из сократительного белка. Стержень заканчивается базальной пластинкой, на которой закреплены шесть нитей (см. рис. 5.2). Внутри головки находится ДНК. Бактериофаг при помощи отростков прикрепляется к поверхности кишечной палочки и в месте соприкосновения с ней растворяет с помощью фермента клеточную стенку. После этого за счет сокращения головки молекула ДНК фага впрыскивается через канал стержня в клетку. Примерно через 10--15 мин под действием этой ДНК перестраивается весь метаболизм бактериальной клетки, и она начинает синтезировать ДНК бактериофага, а не собственную. При этом синтезируется и фаговый белок. Завершается процесс появлением 200-- 1 000 новых фаговых частиц, в результате чего клетка бактерии погибает.

Бактериофаги, образующие в зараженных клетках новое поколение фаговых частиц, что приводит к лизису (распаду) бактериальной клетки, называются вирулентными фагами.

Некоторые бактериофаги внутри клетки хозяина не реплицируются. Вместо этого их нуклеиновая кислота включается в ДНК хозяина, образуя с ней единую молекулу, способную к репликации. Такие фаги получили название умеренных фагов или профагов.

Вирусные болезни. Поселяясь в клетках живых организмов, вирусы вызывают опасные заболевания многих сельскохозяйственных растений (мозаичную болезнь табака, томатов, огурцов; скручивание листьев, карликовость, желтуху и др.) и домашних животных (ящур, чуму у свиней и птиц, инфекционную анемию у лошадей, рак и др.). Указанные болезни резко снижают урожайность культур, приводят к массовой гибели животных. Вирусы вызывают также многие опасные заболевания человека: грипп, корь, оспу, полиомиелит, свинку, бешенство, желтую лихорадку и др. В последние годы к ним прибавилось еще одно страшное заболевание -- СПИД.

СПИД-- синдром приобретенного иммунодефицита-- эпидемическое заболевание, поражающее преимущественно иммунную систему человека, которая защищает его от различных болезнетворных микроорганизмов. Поражение системы клеточного иммунитета приводит к инфекционным заболеваниям и злокачественным опухолям. Организм становится беззащитным к микробам, которые в обычных условиях не вызывают болезни.

Возбудитель болезни-- вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Геном ВИЧ представлен двумя идентичными молекулами РНК, состоящими примерно из 10 тыс. пар оснований. При этом ВИЧ, выделенные от различных больных СПИДом, отличаются друг от друга по количеству оснований (от 80 до 1 000).

ВИЧ обладает уникальной изменчивостью, которая в пять раз превышает изменчивость вируса гриппа и в сто раз больше, чем у вируса гепатита В. Беспрерывная генетическая и антигенная изменчивость вируса в человеческой популяции приводит к появлению новых вирионов ВИЧ, что резко усложняет проблему получения вакцины и затрудняет проведение специальной профилактики СПИДа. Более того, это свойство ВИЧ, по мнению ряда специалистов, ставит под сомнение саму принципиальную возможность создания эффективной вакцины для защиты от СПИДа.

Одно из проявлений заражения человека вирусом СПИДа -- поражение центральной нервной системы. Типичных симптомов, характерных именно для СПИДа, не выявлено.

Для СПИДа характерен очень длительный инкубационный период (исчисляется с момента поражения до появления первых признаков болезни). У взрослых он составляет в среднем 5 лет. Предполагается, что ВИЧ может сохраняться в организме человека пожизненно. Это значит, что до конца своей жизни инфицированные люди могут заражать других, э при соответствующих условиях могут сами заболеть СПИДом.

Один из главных путей передачи ВИЧ и распространения СПИДа -- половые контакты, поскольку возбудитель болезни наиболее часто находится в крови, сперме и влагалищных выделениях инфицированных людей.

Другой путь инфицирования -- использование нестерильных медицинских инструментов, которыми зачастую пользуются наркоманы. Возможна также передача инфекции через кровь и некоторые лекарственные препараты, при пересадке органов и тканей, использовании донорской спермы и др. Заражение может происходить и при вынашивании плода, во время рождения ребенка или в период его грудного вскармливания матерью, инфицированной ВИЧ или больной СПИДом.

Ведущими факторами риска в распространении этого заболевания являются также проституция и частая смена половых партнеров как при гомо-и бисексуальной, так и при гетеросексуальной передаче инфекции. По различным оценкам, в супружеских парах передача инфекции от одного из зараженных происходит с частотой от 35 до 60%. Последствия распространения инфекции и ее влияние на здоровье непредсказуемы.

Гарантией безопасности от СПИДа является здоровый образ жизни, прочность брачных уз и семьи, негативное отношение к половым извращениям и распущенности, случайным половым связям. В качестве особой меры профилактики следует выделить использование физических контрацептивов -- презервативов.

Стволовые клетки

Стволовые клетки -- недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех многоклеточных организмах. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться посредством митоза и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей.

Развитие многоклеточных организмов начинается с одной стволовой клетки -- зиготы. В результате многочисленных циклов деления и процесса дифференцировки образуются все виды клеток, характерные для данного биологического вида. В человеческом организме таких видов клеток более 220. Стволовые клетки сохраняются и функционируют и во взрослом организме, благодаря им может осуществляться обновление и восстановление тканей и органов. Тем не менее, в процессе старения организма их количество уменьшается.

В современной медицине стволовые клетки человека трансплантируют, то есть пересаживают в лечебных целях. Например, трансплантация гемопоэтических стволовых клеток производится для восстановления процесса гемопоэза (кроветворения) при лечении лейкозов и лимфом.

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) образуют внутреннюю клеточную массу (ВКМ), или эмбриобласт, на ранней стадии развития эмбриона. Они являются плюрипотентными. Важный плюс ЭСК состоит в том, что они не экспрессируют HLA (humanleucocyteantigens), то есть не вырабатывают антигены тканевой совместимости. Каждый человек обладает уникальным набором этих антигенов, и их несовпадение у донора и реципиента является важнейшей причиной несовместимости при трансплантации. Соответственно, шанс того, что донорские эмбриональные клетки будут отторгнуты организмом реципиента очень невысок. При пересадке иммунодефицитным животным эмбриональные стволовые клетки способны образовывать опухоли сложного (многотканевого) строения -- тератомы, некоторые из них могут стать злокачественными. Достоверных данных, о том как ведут себя эти клетки в иммунокомпетентном организме, например, в организме человека, нет. Вместе с тем, следует отметить, что клинические испытания с применением дифференцированных дериватов (производных клеток) ЭСК уже начаты. Для получения ЭСК в лабораторных условиях приходится разрушать бластоцисту, чтобы выделить ВКМ, то есть разрушать эмбрион. Поэтому исследователи предпочитают работать не с эмбрионами непосредственно, а с готовыми, ранее выделенными линиями ЭСК.

Клинические исследования с использованием ЭСК подвергаются особой этической экспертизе. Во многих странах исследования ЭСК ограничены законодательством.

Одним из главных недостатков ЭСК является невозможность использования аутогенного, то есть собственного материала, при трансплантации, поскольку выделение ЭСК из эмбриона несовместимо с его дальнейшим развитием.

Фетальные стволовые клетки получают из плодного материала после аборта (обычно срок гестации, то есть внутриутробного развития плода, составляет 9--12 недель). Естественно, изучение и использование такого биоматериала также порождает этические проблемы. В некоторых странах, например, на Украине и в Великобритании, продолжаются работы по их изучению и клиническому применению. К примеру, британская компания ReNeuron исследует возможности использования фетальных стволовых клеток для терапии инсульта.

есмотря на то, что стволовые клетки зрелого организма обладают меньшей потентностью в сравнении с эмбриональными и фетальными стволовыми клетками, то есть могут порождать меньшее количество различных типов клеток, этический аспект их исследования и применения не вызывает серьёзной полемики. Кроме того, возможность использования аутогенного материала обеспечивает эффективность и безопасность лечения. Стволовые клетки взрослого организма можно подразделить на три основных группы: гемопоэтические (кроветворные), мультипотентныемезенхимальные (стромальные) и тканеспецифичные клетки-предшественницы. Иногда в отдельную группу выделяют клетки пуповинной крови, поскольку они являются наименее дифференцированными из всех клеток зрелого организма, то есть обладают наибольшей потентностью. Пуповинная кровь в основном содержит гемопоэтические стволовые клетки, а также мультипотентные мезенхимальные, но в ней присутствуют и другие уникальные разновидности стволовых клеток, при определённых условиях способные дифференцироваться в клетки различных органов и тканей.

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) -- мультипотентные стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови миелоидного (моноциты, макрофаги, нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, эритроциты, мегакариоциты и тромбоциты, дендритные клетки) и лимфоидного рядов (Т-лимфоциты, В-лимфоциты и естественные киллеры). Определение гемопоэтических клеток было основательно пересмотрено в течение последних 20 лет. Гемопоэтическая ткань содержит клетки с долгосрочными и краткосрочными возможностями к регенерации, включая мультипотентные, олигопотентные и клетки-предшественники. Миелоидная ткань содержит одну ГСК на 10 000 клеток. ГСК являются неоднородной популяцией. Различают три субпопуляции ГСК, в соответствии с пропорциональным отношением лимфоидного потомства к миелоидному (Л/M). У миелоидно ориентированных ГСК низкое Л/М соотношение (>0, <3), у лимфоидно ориентированных -- высокое (>10). Третья группа состоит из «сбалансированных» ГСК, для которых 3 ? Л/M ? 10. В настоящее время активно исследуются свойства различных групп ГСК, однако промежуточные результаты показывают, что только миелоидно ориентированные и «сбалансированные» ГСК способны к продолжительному самовоспроизведению. Кроме того, эксперименты по трансплантации показали, что каждая группа ГСК преимущественно воссоздаёт свой тип клеток крови, что позволяет предположить наличие наследуемой эпигенетической программы для каждой субпопуляции.

Популяция ГСК формируется во время эмбриогенеза, то есть эмбрионального развития. Доказано, что у млекопитающих первые ГСК обнаруживаются в областях мезодермы, называемых аорта, гонада и мезонефрос, до формирования костного мозга популяция расширяется в фетальной печени. Такие исследования способствуют пониманию механизмов, ответственных за генезис (формирование) и расширение популяции ГСК, и, соответственно, открытию биологических и химических агентов (действующих веществ), которые в конечном счёте могут быть использованы для культивации ГСК invitro.

До начала использования пуповинной крови основным источником ГСК считался костный мозг. Этот источник и сегодня достаточно широко используется в трансплантологии. ГСК располагаются в костном мозге у взрослых, включая бедренные кости, рёбра, мобилизации грудины и другие кости. Клетки могут быть получены непосредственно из бедра при помощи иглы и шприца, или из крови после предварительной обработки цитокинами, включая G-CSF (гранулоцитарныйколониестимулирующий фактор), способствующий высвобождению клеток из костного мозга.

Вторым, наиболее важным и перспективным источником ГСК является пуповинная кровь. Концентрация ГСК в пуповинной крови в десять раз выше, чем в костном мозге. Кроме того, у этого источника есть ряд преимуществ. Важнейшие из них:

Возраст. Пуповинная кровь собирается на самом раннем этапе жизни организма. ГСК пуповинной крови максимально активны, поскольку не подвергались негативному воздействию внешней среды (инфекционные заболевания, нездоровое питание и т. д.). ГСК пуповинной крови способны создать большую клеточную популяцию в короткий срок.

Совместимость. Использование аутологичного материала, то есть собственной пуповинной крови гарантирует 100%-ную совместимость. Совместимость с братьями и сёстрами составляет до 25 %, как правило, возможно также использование пуповинной крови ребёнка для лечения других близких родственников. Для сравнения, вероятность нахождения подходящего донора стволовых клеток -- от 1:1000 до 1:1000 000.

Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) -- мультипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться в остеобласты (клетки костной ткани), хондроциты (хрящевые клетки) и адипоциты (жировые клетки).

Предшественниками ММСК в эмбриогенный период развития являются мезенхимальные стволовые клетки (МСК). Они могут быть обнаружены в местах распространения мезенхимы, то есть зародышевой соединительной ткани.

Основным источником ММСК является костный мозг. Кроме того, они обнаружены в жировой ткани и ряде других тканей с хорошим кровоснабжением. Существует ряд доказательств того, что естественная тканевая ниша ММСК расположена периваскулярно -- вокруг кровеносных сосудов. Кроме того, ММСК были обнаружены в пульпе молочных зубов, амниотической (околоплодной) жидкости, пуповинной крови и вартоновом студне. Эти источники исследуются, но редко применяются на практике. Например, выделение молодых ММСК из вартонова студня представляет собой крайне трудоёмкий процесс, поскольку клетки в нём также располагаются периваскулярно. В 2005--2006 годах специалисты по ММСК официально определили ряд параметров, которым должны соответствовать клетки, чтобы отнести их к популяции ММСК. Были опубликованы статьи, в которых представлен иммунофенотип ММСК и направления ортодоксальной дифференцировки. К ним относится дифференцировка в клетки костной, жировой и хрящевой тканей. Был проведён ряд экспериментов по дифференцировке ММСК в нейроноподобные клетки, но исследователи по-прежнему сомневаются, что полученные нейроны являются функциональными. Эксперименты также проводятся в области дифференцировки ММСК в миоциты -- клетки мышечной ткани. Важнейшей и наиболее перспективной областью клинического применения ММСК является котрансплантация совместно с ГСК в целях улучшения приживления образца костного мозга или стволовых клеток пуповинной крови. Многочисленные исследования показали, что ММСК человека могут избегать отторжения при трансплантации, вступать во взаимодействие с дендритными клетками и Т-лимфоцитами и создавать иммуносупрессивную микросреду посредством выработки цитокинов. Было доказано, что иммуномодулирующие функции ММСК человека повышаются, когда их пересаживают в воспалённую среду с повышенным уровнем гамма-интерферона. Другие исследования противоречат этим выводам, что обусловлено гетерогенной природой изолированных МСК и значительными различиями между ними, в зависимости от способа культивирования.

МСК могут быть активированы в случае необходимости. Однако эффективность их использования относительно низка. Так, к примеру, повреждение мышц даже при трансплантации МСК заживает очень медленно. В настоящее время проводятся исследования по активации МСК. Ранее проведённые исследования по внутривенной трансплантации МСК показали, что этот способ трансплантации часто приводит к кризу отторжения и сепсису. Сегодня признано, что заболевания периферических тканей, например, воспаление кишечника лучше лечить не трансплантацией, а методами, повышающими локальную концентрацию МСК.

Канеспецифичныепрогениторные клетки (клетки-предшественницы) -- малодифференцированные клетки, которые располагаются в различных тканях и органах и отвечают за обновление их клеточной популяции, то есть замещают погибшие клетки. К ним, например, относятся миосателлитоциты (предшественники мышечных волокон), клетки-предшественницы лимфо- и миелопоэза. Эти клетки являются олиго- и унипотентными и их главное отличие от других стволовых клеток в том, что клетки-предшественницы могут делиться лишь определённое количество раз, в то время как другие стволовые клетки способны к неограниченному самообновлению. Поэтому их принадлежность к истинно стволовым клеткам подвергается сомнению. Отдельно исследуются нейральные стволовые клетки, которые также относятся к группе тканеспецифичных. Они дифференцируются в процессе развития эмбриона и в плодный период, в результате чего происходит формирование всех нервных структур будущего взрослого организма, включая центральную и периферическую нервные системы. Эти клетки были обнаружены и в ЦНС взрослого организма, в частности, в субэпендимальной зоне, в гиппокампе, обонятельном мозге и т. д. Несмотря на то, что большая часть погибших нейронов не замещается, процесс нейрогенеза во взрослой ЦНС всё-таки возможен за счёт нейральных стволовых клеток, то есть популяция нейронов может «восстанавливаться», однако это происходит в таком объёме, что не сказывается существенно на исходах патологических процессов.

Характеристики эмбриональных стволовых клеток:

Плюрипотентность -- способность образовывать любой из примерно 350 типов клеток взрослого организма (у млекопитающих);

Хоуминг -- способность стволовых клеток, при введении их в организм, находить зону повреждения и фиксироваться там, исполняя утраченную функцию;

Тотипотентность - способность дифференцироваться в целостный организм (11 дней после оплодотворения);

Факторы, которые определяют уникальность стволовых клеток, находятся не в ядре, а в цитоплазме. Это избыток мРНК всех 3 тысяч генов, которые отвечают за раннее развитие зародыша;

Теломеразная активность. При каждой репликации часть теломер утрачивается (см. Предел Хейфлика). В стволовых, половых и опухолевых клетках есть теломеразная активность, концы их хромосом надстраиваются, то есть эти клетки способны проходить потенциально бесконечное количество клеточных делений, они бессмертны.

М олекулярные витамины гормональные факторы роста их роль в жизни человека

В поддержании жизни высших организмов ключевую роль играет контроль пролиферации, дифференцировки и направленного движения клеток. Нормальное протекание этих процессов обеспечивает правильные развитие и защитные реакции организма. Постоянно регенерирующие ткани (например эпителий или клетки крови) также требуют строгой регуляции пролиферации стволовых клеток. Утрата или ослабление контроля могут быть причиной тяжелых заболеваний, включая рак и атеросклероз. Необходимая регуляция клеточной пролиферации, дифференцировки и клеточной подвижности осуществляется с помощью различных механизмов. Одним из них является взаимодействие клетки с ростовыми факторами.

Факторами роста называют группу белковых молекул, индуцирующих синтез ДНК в клетке (Goustin A.S. ea, 1986). Позднее было обнаружено, что спектр воздействий на клетки этих компонентов гораздо шире, чем предполагалось вначале. Так, некоторые белки этой группы в зависимости от типа клеток- респондентов могут индуцировать дифференцировку и подавлять пролиферацию. Кроме того, к ним относят регуляторные полипептиды, модулирующие подвижность клеток, но не обязательно влияющие на деление клеток (Stoker M. andGherardi E., 1987). Главное отличие факторов роста от белковых гормонов - аутокринный механизм действия или паракринный механизм действия (холокринный механизм действия для гормонов; Deuel T.F., 1987).

Первые публикации о возможности поддержания в живом состоянии фрагментов биологической ткани invitro появились 90 лет назад, но рутинное культивирование отдельных клеток стало возможным менее 50 лет назад. Успешное поддержание процесса деления клеток млекопитающих зависит от компонентов среды культивирования. Традиционно среда для культивирования состоит из питательных веществ и витаминов в забуференном солевом растворе. Ключевым компонентом является сыворотка животных, например, эмбриональная бычья сыворотка. Без такой добавки наибольшая часть культивируемых клеток не будут воспроизводить собственную ДНК и, следовательно, не будут пролиферировать. Позже был изолирован полипептид с молекулярной массой 30 кД, секретируемый тромбоцитами, обладающий митогеннымисвойствами. Он был назван фактором роста произведенным тромбоцитами (PDGF).

Как и в случае с гормонами, факторы роста взаимодействуют с соответствующими рецепторами факторов роста с высокой степенью аффинности и могут инициировать множественные эффекты: от процессов регуляции роста, дифференцировки и экспрессии генов до инициирования апоптоза. Эффекты факторов роста, в отличие от гормонов, могут продолжаться в течение нескольких дней.

Факторы роста обычно представляют собой небольшие полипептиды, которые стимулируют или ингибируют пролиферацию определенных типов клеток. Как правило, они секретируются одними клетками и действуют на другие клетки, хотя иногда бывает так, что они действуют на те же клетки, которые их секретируют. Эти факторы важны для процессов развития эмбриона и также для поддержания клеточного баланса у взрослого организма. Например, для уравновешенного обновления клеток кожи, кишечника и кроветворной системы. Во всех этих случаях сравнительно небольшое число плюрипотентных стволовых клеток закладывают основу для образования значительного большего числа прогениторных клеток, которые затем дифференцируются дальше, превращаясь в зрелые постмитотические клетки. Последние заменяют старые клетки, которые погибают, например, за счет апоптоза.

Факторы роста действуют на свои клетки-мишени, которые отличаются от других клеток рецепторами, экспонированными на поверхности клеточных мембран и характерными именно для данного типа клеток.

В конечном счете клетка выходит из фазы отдыха G0 и начинает делиться. Интегральная картина взаимодействий множества факторов с множеством клеток сложна, тем более, что часто даже отдельно взятый ростовой фактор обладает несколькими функциями. Удаление ростовых факторов из среды не всегда приводит просто к остановке клеточного деления, но часто вызывает программируемую клеточную смерть.

Факторы роста не только проимитируют клеточное деление, но и наоборот некоторые из них ингибируют этот процесс. Роль ингибитора, в частности, выполняют члены большого семейства ростовых факторов - TGF-бета. см. рис 5 cs и Табл 2. Факторы роста и их роль в нормальном организме

Несмотря на огромное разнообразие охарактеризованных факторов роста и колоссальную разницу клеточных ответов (обзор Cross M. andDexter T.M., 1991), можно сформулировать общие правила регуляции:

1. Для поддержания жизни нормальных клеток высших организмов абсолютно необходимо их взаимодействие с уникальной комбинацией специфических ростовых факторов.

2. Одна и та же клетка может взаимодействовать с несколькими факторами роста; один и тот же фактор роста может оказывать влияние на разные типы клеток.

3. Уровень экспрессии данного ростового фактора, а также восприимчивость и характер ответа являются специфичными для каждого данного типа клеток.

В основе раковых заболеваний лежат нарушения контроля пролиферации, а также взаимодействий клеток друг с другом. Часто неопластическая трансформация затрагивает имеющуюся в клетке собственную программу регуляции - реакции на ростовые факторы. С этим так или иначе связаны функции большинства онкогенов.

Процессы пролиферации клеток и постепенного приобретения ими специализированного характера (дифференцированного) происходят в организме высокоупорядоченно и согласованно. Эта упорядоченность основана на том, что в результате межклеточных взааимодействий включаются различные внутриклеточные программы, определяющие поведение клетки в зависимости от поведения ее соседей и от потребностей организма. Ключевую роль в межклеточной сигнализации играют секретируемые полипептиды, которые получили название полипептидных ростовых факторов.

Факторы роста, представляющие собой эндогенные полипептиды, являются идеальными претендентами для лечения инсульта, так как обладают нейропротективными, репаративными и пролиферативными свойствами.

Цитотехнологии возможности и перспективы их использования

Разработка принципов управляемого культивирования клеток млекопитающих, основанных на представлениях об околоклеточном массообмене и массопередаче, а так же на предпосылках, положенных в основу адгезии и локомотивности клеток, об использовании моделей кинетики клеточных популяций и позволяющих проводить исследования на культурах клеток в монослое, суспензии и на микроносителях.

Исследование влияния периодических прецизионных температурных воздействий на культуру клеток (клеточный цикл, пролиферация и гибель клеток) и исследование термотолерантности клеток животных при сочетанном действии на культуру клеток гипертермии и некоторых антиоксидантов в целях повышения эффективности методов термотерапии в клинической онкологии.

Исследование гипоксических состояний на клеточном уровне и исследование механизмов действия некоторых антигипоксантов

Моделирование пролиферации, гибели и дифференцировки клеток на основе современных представлений о клеточном цикле.

Исследование функциональных характеристик клеток секреторного эпителия ядовитых желез змей invitro.

Исследование мультислойноготканеподобного роста культуры клеток в условиях прецизионного околоклеточного массообмена.

Прикладные

Разработка технологии получения биологически активных веществ и материалов методами культивирования клеток и тканей. Исследование биосовместимости различных материалов и клеток.

Скрининг противоопухолевых препаратов с использованием органных и клеточных культур.

Разработка методов культивирования стволовых клеток и тканеспецифических фрагментов для решения вопросов тканевой инженерии в заместительной челюстно-лицевой хирургии.

Фундаментальные

Созданы теоретические основы управляемого культивирования клеток млекопитающих.

Показана роль диффузионных ограничений в регуляции монослойного и многослойного роста минимально-трансформированных и нормальных клеток.

Исследована кинетика роста зависимых от прикрепления клеток в многослойных клеточных культурах.

Показано, что возможно увеличение селективности действия температуры на гибель нормальных и опухолевых клеток, так как чувствительность к температурным воздействиям пролиферирующих клеток варьирует по клеточному циклу: при температуре 370 С клетки гибнут только в G2+M фазе цикла, а при температуре 40О С в G1 и в G2+M фазах; гибель клеток в S фазе в диапазоне температур 37-400С не наблюдалась; при выполнении этих исследований использована разработанная в лаборатории Цитотехнологии модель пролиферации и гибели клеток при неспецифических внешних воздействиях. Установлено, что периодическое температурное воздействие позволяет увеличить скорость гибели клеток в расчёте на единицу пребывания их при хронической гипертермии примерно в 1.5 раза.

Получена в виде сфероидов культура ядосекретирующих эпителиальных клеток, способных к пролиферации и синтезу компонентов яда; исследована ультраструктура клеток ядовитой железы invivo и invitro, выяснен механизм резистентности клеток к аутотоксическому действию яда, оценено влияние агонистов и антогонистов на секрецию яда invitro.

Проведены исследования молекулярно-клеточных механизмов противоопухолевого действия кобальторганических соединений.

Разработана феноменологическая многопараметрическая модель жизнедеятельности и регуляции скорости пролиферации соматических клеток животных.

Подобные документы

Клеточные и неклеточные формы живых организмов, их основные отличия. Животные и растительные ткани. Биоценоз - живые организмы, имеющие общее место обитания. Биосфера Земли и ее оболочки. Таксон - группа организмов, объединенных определенными признаками.

презентация , добавлен 01.07.2011


Научное определение жизни по Ф. Энгельсу. Молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой уровень организации жизни. Прокариоты как одноклеточные доядерные организмы. Строение метафазной хромосомы. Уровни упаковки генетического материала.

реферат , добавлен 29.05.2013


Совокупность всех живых организмов образует живую оболочку Земли, или биосферу. Она охватывает верхнюю часть литосферы, тропосферу и гидросферу. Живым организмам для процессов жизнедеятельности необходимая вода, климат, воздух и другие живые организмы.

реферат , добавлен 24.12.2008


Физические свойства воды и почвы. Влияние света и влажности на живые организмы. Основные уровни действия абиотических факторов. Роль продолжительности и интенсивности воздействия света - фотопериода в регуляции активности живых организмов и их развития.

презентация , добавлен 02.09.2014


Характеристика живых организмов и особенности их свойств. Использование кислорода в процессе дыхания и питания для роста, развития и жизнедеятельности. Размножение как свойство создавать себе подобных. Смерть организмов, прекращение жизненных процессов.

презентация , добавлен 08.04.2011


Понятие генетически модифицированных организмов (ГМО) как живых организмов с искусственно измененным генотипом. Основные виды генетической модификации. Цели и методы создания ГМО, их использование в научных целях: исследование закономерности заболеваний.

презентация , добавлен 19.10.2011


презентация , добавлен 01.02.2011


Ядро как постоянный компонент всех клеток многоклеточных растений и животных, его структура и основные элементы, возможные состояния, форма и размеры, особенности химического состава. Разновидности и характеристика одноклеточных и неклеточных организмов.

реферат , добавлен 07.10.2009


Простейшие. Четыре основных класса простейших. Размножение - основа жизни. Большая роль маленьких простейших. Среда обитания простейших - море, пресные воды, влажная почва. Жгутиковые, корненожки, споровики, инфузории. Возбудители опасных болезней.

реферат , добавлен 01.10.2006


Растения-индикаторы почвенно-грунтовых условий. Индикация почвенного плодородия, кислотности и засоления почвы. Адаптации организмов к обитанию на известняках. Экологические группы почвенных организмов. Растения-кальцефилы северо-западной части Кавказа.