У каждого вида есть оптимальная средняя норма плодовитости и массы рождаемых детёнышей.
Если птицы откладывают яиц меньше нормы, это может быть недостаточно для поддержания численности популяции. Если птенцов вылупится больше средней нормы, то родители рискуют их не выкормить.
В данном случае можно увидеть действие стабилизирующего отбора. Повышенная плодовитость не является преимуществом в условиях конкуренции и недостатка корма.
Условия действия: постоянные условия среды.
Результат: сохранение средней нормы.
Пример: сохранение формы и размера цветка у насекомоопыляемых растений ради соответствия размерам опылителя.
Дизруптивная форма
Дизруптивный (разрывающий) отбор — форма естественного отбора , благоприятствующая двум или нескольким направлениям изменчивости, но не благоприятствующая промежуточному состоянию признака .
Разрывающая, или дизруптивная, форма отбора расчленяет ранее единую популяцию на две или более новых.
Так, у самок бабочек африканского парусника возникло три формы, подражающих трём разным несъедобным видам бабочек.
Наличие такого сходства более полезно для популяции, чем подражание только одному виду.
Дизруптивный отбор направляет расслаивающую эволюцию, в результате которой образуются новые группы организмов, например, множество отрядов в классе млекопитающих.
Условия действия: наличие нескольких вариантов приспособления к среде.
Результат: создание двух или нескольких новых форм.
Пример: сохранение групп насекомых либо с сильно развитыми, либо с мелкими крыльями в условиях частой ветреной погоды.
106. Генетика эритроцитарных генов.
Известно более 250 антигенов эритроцитов, образующих свыше 20 антигенных систем. Клиническое значение имеет 11 систем: АВ0, Резус (Rh-Hr), MNSs, Келл (Kell), Лютеран (Lutheran), Кидд (Kidd), Диего (Diego), Даффи (Duffy), Домброк (Dombrock), ферментные группы эритроцитов.
У человека в эритроцитах присутствуют одновременно антигены нескольких антигенных систем, за основу в трансфузиологии признанаются антигенные системы АВ0 и Резус-фактор. Другие антигенные системы эритроцитов в настоящее время существенного значения в клинической трансфузиологии не имеют.
Антигенная система АВ0
Система АВ0 - основная серологическая система , определяющая совместимость или несовме стимость переливаемой крови. Её составляют два генетически детерминированных агглютиногена (антигены А и В) и два агглютинина (антитела α и β).
Агглютиногены А и В содержатся в строме эритроцитов, а агглютинины α и β - в сыворотке крови. Агглютинин α - антитело по отношению к агглютиногену А, а агглютинин β - по отношению к агглютиногену В. В эритроцитах и сыворотке крови одного человека не может быть одноимённых агглютиногенов и агглютининов. При встрече одноимённых антигенов и антител возникает реакция изогемагглютинации. Именно эта реакция - причина несовместимости крови при гемотрансфузии.
Следует отметить, что существуют различные виды (слабые варианты) как антигена А (в большей степени), так и антигена В. Наиболее часто встречаются виды антигена А – А1 и А2.
Частота встречаемости групп крови по системе АВ0 различна у разных народов и зависит от частоты распространения соответствующего фенотипа . Частота встречаемости групп крови (среднеевропейская популяция): 0 (I) — 43%, А (II) — 42%, В (III) — 11%, АВ (IV) — 4%. У жителей азиатских стран антиген 0 встречается реже, а у народов Севера , аборигенов Полинезии, Австралии и индейцев Южной Америки значительно чаще, чем у жителей Европы. По мере продвижения с запада на восток уменьшается встречаемость антигена А и возрастает частота антигена В.
Антигенная система Резус
Резус-фактор (Rh-фактор), названный так вследствие того, что впервые был обнаружен у макак резус, присутствует у 85% людей, а у 15% отсутствует. Частота резус -положительных лиц достигает среди европейцев 85%, а среди монголоидов — 99%.
Система антигенов Резус представлена 59 антигенами, кодируемыми свыше 200 аллелями, но только 5 из них имеют наибольшее практическое значение в медицине, встречаемость: Д – 85 %; С – 70 %; с – 80 %; Е –
30 %; е – 97,5%.
Антигены системы резус обладают способностью вызывать образование иммунных антител. Наиболее активным в этом отношении является антиген Д, который и подразумевается под термином «резус – фактор». Именно по наличию или отсутствию антигена Д все люди делятся на резус – положительных и резус – отрицательных.
Иммуногенность других антигенов системы резус существенно ниже и убывает в следующем ряд у: с > Е > C > е. Обладая выраженными иммуногенными свойствами, антиген D в 95 % случаев является причиной гемолитической болезни новорожденных при несовместимости матери и плода , а также частой причиной посттрансфузионных осложнений.
Доноры, на эритроцита х которых отсутствует антиген Д, |
но присутствует один из антигенов С или Е, |
||
считаются |
резус |
– |
положительными. |
В системе Резус встречаются случаи отсутствия на эритроцитах какого -либо из антигенов и очень редко – полное отсутствие всех антигенов системы резус (фенотип Rh – ноль).
Из-за сложной структуры антигенов системы резус существует возможность возникновения трудностей при определении резус – принадлежности крови человека . Не правильное определение резус – принадлежности может привести к развитию осложнения после переливания компонентов крови, несовместимых по антигенам Резус.
Второстепенные антигенные системы(не все, только относительно важные)
Система MNSs включает факторы М, N, S, s. Доказано наличие двух тесно сцепленных между собой генных локусов MN и Ss. В дальнейшем были выявлены другие многообразные варианты антигенов системы MNSs. По химической структуре MNSs - гликопротеиды.
Система Р. Система антигена Р имеет определённое клиническое значение. Отмечены случаи ранних и поздних выкидышей, причиной которых стали изоантитела анти-Р. Описано несколько случаев посттрансфузионных осложнений, связанных с несовместимостью донора и реципиента по системе антигенов Р.
Система Келл представлена тремя парами антигенов. Наибольшей иммуногенной активн остью обладают антигены Келл (К) и Челлано (к). Антигены системы Келл могут вызывать сенсибилизацию организма во время беременности и при переливании крови, становиться причиной гемотрансфузионных осложнений и развития гемолитической болезни новорождённых.
Система Лютеран. Один из доноров по фамилии Лютеран имел в эритроцитах крови какой -то ранее неизвестный антиген, приведший к иммунизации реципиента . Антиген был обозначен буквами Lu а . Через несколько лет был открыт второй антиген этой системы Lu b. Их ча стота : Lu а - 0,1%, Lu b - 99,9%. Антитела анти-Lu b изоиммунные, что подтверждено и сообщениями о значении этих антител в происхождении гемолитической болезни новорождённых. Клиническое значение антигенов системы Лютеран невелико.
Система Даффи состоит из двух основных антигенов - Fy а и Fy b. Антитела анти-Fy а - неполные антитела, они проявляют своё действие только в непрямом антиглобулиновом тесте Кумбса . Позднее были обнаружены антигены Fy x, Fy3, Fy4, Fy5. Частота зависит от расовой принадлежности чел овека , что имеет большое значение для антропологов. В негроидных популяциях частота фактора Fy a - 25%, среди китайского населения, эскимосов и аборигенов Австралии - почти 100%, у людей европеоидной расы - 6082%.
Система Домброк. В 1973 г. были выявлены антигены Do а и Do b. Фактор Do а встречают в 55 -60% случаев, а фактор Do b - в 85-90%. Такая частота выдвигает эту серологическую систему крови на пятое место по информативности в аспекте судебно -медицинского определения отцовства (система Резус, MNSs, AB0 и Даффи).
Ферментные группы эритроцитов. Начиная с 1963 г. стало известно значительное количество генетически полиморфных ферментных систем эритроцитов крови человека . Эти открытия сыграли значительную роль в развитии общей серологии групп крови человека , а также в аспекте судебно-медицинской экспертизы
спорного отцовства . К ферментным системам эритроцитов относят фосфатглюкомутазу, аде - нозиндезаминазу, глутамат-пируват-трансаминазу, эстеразу-Д и др.
107. Генетика лейкоцитарных антигенов.
В мембране лейкоцитов существуют антигены, аналогичные эритроцитарным, а также специфичные для этих клеток антигенные комплексы, называемые лейкоцитарными антигенами. Впервые сведения о лейкоцитарных группах получил французский исследователь Ж. Доссе в 195 4 г. Первым был выявлен антиген лейкоцитов, встречающийся у 50% европейского населения. Этот антиген был назван «Мак». В настоящее время насчитывают около 70 антигенов лейко - цитов, их разделяют на три группы:
•общие антигены лейкоцитов (HLA - Human Leucocyte Antigen);
•антигены полиморфно-ядерных лейкоцитов;
•антигены лимфоцитов.
Система HLA
Система HLA имеет наибольшее клиническое значение. Она включает более 120 антигенов. Только по этой антигенной системе насчитывают 50 млн лейкоцитарных групп кро ви. HLA-антигены универсальны. Они содержатся в лимфоцитах, полиморфно -ядерных лейкоцитах (гранулоцитах), моноцитах, тромбоцитах, а также в клетках почек, лёгких, печени, костного мозга и других тканях и органах. Поэтому их ещё называют антигенами гистосовместимости.
По рекомендации ВОЗ используют следующую номенклатуру системы HLA:
•HLA - Human Leucocyte Antigen - обозначение системы;
•А, В, С, D - генные локусы, или регионы, системы;
•1, 2, 3 - номера аллелей внутри генного локуса системы HLA;
•W - символ для обозначения недостаточно изученных антигенов.
Система HLA - наиболее сложная из всех известных систем антигенов. Генетически HLA-антигены принадлежат к четырём локусам (А, В, С, D), каждый из которых объединяет аллельные антигены. Иммунологическое исследование, позволяющее определить антигены гистосовместимости, называют тканевым типированием.
HLA-система имеет большое значение при трансплантации органов и тканей. Аллоантигены системы HLA - локусов А, В, С, D, а также агглютиногены классич еских групп крови системы АВ0 представляют собой единственно достоверно известные антигены гистосовместимости. Для предупреждения быстрого отторжения пересаженных органов и тканей необходимо, чтобы реципиент имел ту же, что и донор, группу крови системы АВ0 и не имел антител к аллоантигенам HLA-генных локусов А, В, С, D донорского организма .
HLA-антигены имеют значение также при переливании крови, лейкоцитов и тромбоцитов. Различие беременной и плода по антигенам HLA-системы при повторных беременностях может привести к выкидышу или гибели плода .
Антигены полиморфно-ядерных лейкоцитов
Другая система антигенов лейкоцитов - антигены гранулоцитов (NA-NB). Это органоспецифическая система . Антигены гранулоцитов обнаружены в полиморфно -ядерных лейкоцитах и клетках костного мозга . Антитела против антигенов гранулоцитов имеют значение при беременности. Они вызывают кратковременную нейтропению новорождённых, играют важную роль в развитии негемолитических трансфузионных реакций, способных вызывать гипертермические посттрансфузионные реакции и укорочение жизни гранулоцитов донорской крови.
Антигены лимфоцитов
Третью группу антигенов лейкоцитов составляют тканеспецифические лимфоцитарные антигены. К ним относят антиген Ly и др. Выделено 7 антигенов попул яции В-лимфоцитов: от HLA-DRw1 до HLADRw7 Значение этих антигенов остаётся малоизученным.
108. Регенерация органов и тканей. Физиологическая и репаративная регенерация.
Во всех периодах онтогенеза организмы способны к восстановлению утраченных или повре жденных частей тела . Процессы, направленные на восстановление разрушенных биологических структур, называются
регенерацией.
Регенерация может быть:
•физиологическая;
•репаративная.
Физиологическая регенерация свойственна всем организмам. Она связана с восстановлением утраченных структур в процессе жизнедеятельности организма . Регенерация может осуществляться на клеточном, тканевом, органном уровнях.
Например, у членистоногих физиологическая регенерация связана с линькой. У млекопитающих и человека систематически слущивается кожный эпителий, быстро происходит смена эритроцитов и др. тканей.
Репаративная регенерация - это восстановление части тела организма , отторгнутой насильственным путем.
Способность к регенерации выражена по-разному:
Одни животные способны восстанавливать целостный организм из отдельных клеток.
Хорошо выражена репаративная регенерация у кишечнополостных (гидра), ресничных червей (планария).
Другие животные восстанавливают только нарушенные органы.
Ракообразные способны восстанавливать утраченные конечности, антенны. Хвостатые амфибии и личинки бесхвостых восстанавливают конечности, хвост.
Некоторые животные могут восстанавливать внутренние органы. При этом восстанавливается не форма, а масса органа. Сначала заживляется рана, а затем происходит увеличение оставшейся части органа за счет размножения клеток.
Например, так регенерирует печень.
Иногда регенерация сводится лишь к рубцеванию ран.
У человека может регенерировать эпителиальная, мышечная, соединительная, кожные ткани, периферические нервы. Чаще всего регенерация у млекопитающих приводит к заживлению ран, что препятствует проникновению болезнетворных микробов в организм.
При повышении физиологической нагрузки иногда происходит увеличение органов и тканей. Возникает гипертрофия органов, например, гипертрофия желудочков сердца, или при удалении одной почки, вторая почка может увеличиться в размерах.
Процессы, происходящие при регенерации, регулируются нервной системой и гуморально.
109. Биологические аспекты старения. Механизмы старения.
Признаки старения проявляются на разных уровнях организации организма: молекулярном, клеточном, тканевом, системном, организменном.
На организменном уровне– внешние признаки: изменение осанки, формы тела, уменьшение размеров тела, седина, потеря эластичности кожи, морщины, ослабление зрения слуха, ухудшение памяти, истончение компактного и губчатого вещества кости, изменение лицевого отдела черепа. Уменьшается жизненная сила легких, увеличивается артериальное давление, атеросклероз, ослабление функций щитовидной железы, уменьшение функций половых гормонов, уменьшение основного обмена.
На клеточном уровне–уменьшение воды в цитоплазме, изменение активного транспорта ионов, усиление гликолиза, снижение содержания АТФ, креатинфосфата в сердце, мозге, скелетных мышцах, изменяется РНК и ДНК.
На молекулярном– возникают ошибки считывания информации с РНК и нарушение синтеза определенных белков. В цитоплазме клетки накапливаются свободные радикалы. Ассимиляция не восполняет диссимиляцию. Снижается митотическая активность, усиливаются хромосомные абберации. Однако многие гомеостатические показатели не изменяются: арте риальное давление, частота сердечных сокращений, ЭКГ, ЭЭГ, уровень сахара в крови, анализ желудочного сока.
Возрастные изменения бывают разными: показатели одних снижаются (сокращения сердца, функция щитовидной железы, острота зрения); а других – не меняются (сахар в крови, эритроциты, лейкоциты, гемоглобин); у третьих – повышаются (синтез гипофизарных гормонов, уровень холестерина в крови, чувствительность клеток к гуморальным и химическим факторам).
Возрастные изменения проявляются в разные периоды. Так атрофия тимуса возникает у человека в 13-15 лет, угасание функций яичников – в 48-52 года. В костной ткани изменения возникают рано, но развиваются медленно, в ЦНС – поздно, но быстро.
Механизмы старения
Генные мутации. В ходе человеческой жизни сменяется множество поколений клеток организма. Они размножаются посредством деления. В ядрах клеток находятся хромосомы, предназначенные
для хранения, реализации и передачи из поколения в поколение генетической программы развития и функционирования организма. Хромосомы состоят из двухцепочечных молекул ДНК.
Цепочки ДНК построены из четырех букв (азотистых оснований) по принципу комплементарности: против аденина (A) всегда стоит тимин (T) и наоборот, а против гуанина (G) всегда стоит цитозин (С). Каждый участок ДНК — ген — определяет, как будут строиться белки, выполняющие в организме те или иные функции. В течение жизни некоторые гены случайно или повреждаясь под воздействием внешних неблагоприятных факторов изменяют структуру и активность. Эти изменения в геноме называются мутациями. За долгие годы мутации постепенно накапливаются, что приводит к сбоям в работе организма.
Но некоторые гены изменяют свою активность, не меняя первичной структуры, — эти изменения называются эпигенетическими. Например, к цитозину — одному из азотистых оснований ДНК — может присоединиться метильная группа, и это будет влиять на выработку того или иного белка в определенный момент времени. Это естественный процесс, благодаря которому клетки печени, например, имеют свой профиль активных генов по сравнению с нейронами головного мозга, несмотря на то что последовательность ДНК всех клеток тела одинаковая. Однако в ответ на стресс, воспаление, при укорочении или повреждении хромосом в процессе деления клеток эпигенетический профиль клетки может меняться, что приводит к возрастному изменению активности генов, в том числе жизненно важных. В 1957 году эволюционный биолог Джордж Кристофер Уильямс предположил, что некоторые гены в разном возрасте дают разный эффект: если в молодом возрасте они чрезвычайно важны для выживания, то в старости только вредят. Например, ген, увеличивающий фиксацию кальция в костях, снижает риск переломов в молодости, но увеличивает риск остеоартрита в старости из-за чрезмерной кальцификации суставов. Эта идея известна как антагонистическая плейотропия.
Укорочение теломер. Когда клетка делится, дочерняя цепь ДНК, образуемая на матрице родительской ДНК, становится несколько короче из-за особенностей работы фермента — ДНКполимеразы. Дело в том, что ДНК-полимераза не может начать работу с нуля (соединить два свободных нуклеотида). Для нее на самом кончике ДНК специально создается РНК-затравка, к которой она начинает присоединять ДНК-нуклеотиды. Впоследствии РНК-затравка расщепляется, и генетическая информация о кончике хромосомы утрачивается. В череде клеточных делений концы хромосом становятся все более короткими и в определенный момент воспринимаются как повреждение ДНК, которое останавливает деление клетки.
Клетка с поврежденной ДНК в норме не делится, чтобы не переродиться в опухолевую. Это явление неспособности клетки с короткими теломерами делиться носит название клеточного старения. Поэтому на концах хромосом у млекопитающих расположены бессмысленные повторы, образующие теломеры, которые периодически достраиваются ферментом теломеразой. Однако теломераза после рождения выключается во всех клетках, кроме половых и некоторых стволовых. Поэтому с каждым делением клеток теломеры укорачиваются. К концу человеческой жизни они становятся настолько короткими, что каждое последующее деление ставит под угрозу генетическую информацию. Когда это происходит, прекращается деление, например, стволовых клеток и, как следствие, регенерация тканей.
«Затухание» митохондрий. С возрастом утрачивают функцию «энергетические станции» клетки — митохондрии. Это происходит из-за накопления ошибок митохондриальных ДНК и ферментов, ослабления выбраковки поврежденных митохондрий. Перестает хватать энергии для процесса восстановления и роста, что тоже становится одной из причин старения.
Кроме того, внутри клетки со временем нарушаются защитные барьеры. Митохондрии перегружаются кальцием и приоткрывают поры временной проницаемости. Через них в клетку выходят кольцевые митохондриальные ДНК, которые в цитоплазме клетки, где их в норме быть не
должно, воспринимаются как инфекционное вторжение (некоторые вирусы и бактерии имеют подобные ДНК). Активируется интерфероновый ответ и хроническое воспаление, которое способствует развитию болезней.
Ухудшение качества белков. Со временем происходит нарушение кругово рота внутриклеточных белков: поврежденные белки перестают заменяться новыми и накапливаются в организме. А внеклеточные белки, которые практически не обновляются, со временем образуют сшивки. Из-за них ткани становятся жесткими и неэластичными. Отсюда появление морщин, легочной недостаточности, повышенного артериального давления.
В неделящихся клетках (клетки сердечной мышцы, нейроны, которые не заменяются другими в течение почти всей жизни) постепенно скапливаются агрегаты (сгустки) белков, которые нарушают внутриклеточный трафик в цитоплазме, а некоторые из этих клеток довольно протяженные. Белки скапливаются и в эндоплазматической сети — внутренней транспортной и сортировочной системе клетки. Стресс эндоплазматической сети (это похоже на пробку на дороге), в свою очередь, запускает клеточное старение или гибель.
Нередко сбиваются в агрегаты и белки вне клеток, бляшки амилоида и тяжи тау-белка в межклеточном пространстве головного мозга связывают с болезнью Альцгеймера — неизлечимой формой возрастной нейродегенерации.
Ослабление биологических барьеров. Ключевую роль для поддержания постоянства параметров внутренней среды играют биологические барьеры, которые находятся в кишечнике, стенке сосудов, коже, между головным мозгом и кровотоком. При старении эти барьеры нарушаются, и через них проникают инфекции, нежелательные молекулы или токсины. Это служит причиной разнообразных болезней: воспалений в стенке желудочно-кишечного тракта, атеросклероза и так далее.
110. Биологический возраст и продолжительность жизни человека.
Биологический возраст, или Возраст развития, — понятие, отражающее степень морфологического и физиологического развития организма. Введение понятия «биологический возраст» объясняется тем, что календарный (паспортный, хронологический) возраст не является достаточным критерием состояния здоровья и трудоспособности стареющего человека.
Биологический возраст определяется совокупностью обменных, структурных, функциональных, регуляторных особенностей и приспособительных возможностей организма. Оценка состояния здоровья методом определения биологического возраста отражает влияние на организм внешних условий и наличие (отсутствие) патологических изменений.
Биологический возраст, помимо наследственности, в большой степени зависит от условий среды и образа жизни. Поэтому во второй половине жизни люди одного хронологического возраста могут особенно сильно различаться по морфо-функциональному статусу, то есть биологическому возрасту. Моложе своего возраста обычно оказываются те из них, у которых благоприятный повседневный образ жизни сочетается с положительной наследственностью.
Основные проявления биологического возраста при старении – нарушения важнейших жизненных функций и сужение диапазона адаптации, возникновение болезней и увеличение вероятности смерти или снижение продолжительности предстоящей жизни. Каждое из них отражает течение биологического времени и связанное с ним увеличение биологического возраста.
Критерии определения биологического возраста
·зрелость (оценивается на основе развития вторичных половых признаков);
·скелетная зрелость (оценивается по срокам и степени окостенения скелета);
·зубная зрелость (оценивается по сроками прорезывания молочных и постоянных зубов);
·наследственность;
·конституция человека;
·зрелость интеллекта (уровень развития как личности).
Ученые подсчитали, что средняя продолжительность жизни человека 110-115 и даже 120-140 лет
111. Антропогенез. Доказательства естественного происхождения человека и его положение
в системе животного мира.
Еще в античное время человек признавался «родственником» животных. К. Линней в своей «Системе природы» поместил его вместе с высшими и низшими обезьянами в один отряд приматов. Ч. Дарвин на многочисленных примерах в специальном труде «Происхождение человека и половой отбор» показал близкое родство человека с высшими антропоидными обезьянами.
Человек разумный (Homo sapiens) относится к типу Хордовые, подтипу Позвоночные, классу Млекопитающие, подклассу плацентарные, отряду приматы, семейству гоминиды.
С хордовыми человека роднит:
•наличие хорды на ранних эмбриональных стадиях,
•нервной трубки, лежащей над хордой,
•жаберных щелей в стенках глотки,
•сердца на брюшной стороне под пищеварительным фактом.
Принадлежность человека к подтипу позвоночных определяется
•замещением хорды позвоночником
•развитым черепом
•челюстным аппаратом
•двумя парами конечностей
•головным мозгом, состоящим из пяти отделов.
принадлежность человека к классу млекопитающих свидетельствуют
•Наличие волос на поверхности тела,
•пяти отделов позвоночника,
•сальных, потовых и млечных желез,
•диафрагмы,
•четырехка-мерного сердца,
•сильно развитая кора головного мозга
•и теплокровность
особенности, характерные для подкласса плацентарных:
•Развитие плода в теле матери
•и питание его через плаценту отнести человека к приматам позволяют:
•Наличие передних конечностей хватательного типа (первый палец противопоставлен остальным),
•хорошо развитых ключиц,