Biologia_Ekzamen

l. Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для медицины. Определение понятия "жизнь" на современном этапе науки. Фундаментальные свойства живого.

Термин биология введен в 19 веке Ламарком и Тревиранусом для обозначении науки о жизни как особом явлении природы. Предмет: жизнь во всех ее проявлениях (строение, физиология, поведение, онтогенез, эволюция, филогенез, взаимоотношение организмов друг с другом и с окружающей средой. Современная биология - это комплекс, система наук. Биологические науки представляют собой теоретическую основу медицины, агрономии, животноводства, а также всех тех отраслей производства, которые связаны с живыми организмами. Все биологические науки в той или иной мере являются базой для теоретической или практической медицины. на основе морфологических наук развивается патологическая анатомия; на основе физиологии, биохимии и генетики - патологическая физиология; гигиена тесно связана с физиологией, экологией и генетикой; терапия и хирургия постоянно оперируют сведениями из области анатомии, физиологии, биохимии; акушерство имеет тесную связь с эмбриологией; эпидемиология опирается на достижения экологии, зоологии, паразитологии, бактериологии, вирусологии. Жизнь – это макромолекулярная открытая система, которой свойственна иерархическая организация, способность к самовозобновлению, обмен веществ и тонко регуляторный процесс. 1) самообновление. Связано с потоком вещества и энергии. 2) самовоспроизведение. Обеспечивает преемственность между сменяющимися генерациями биологических систем. Это свойство связано с потоками информации, заложенной в структуре нуклеиновых кислот. 3) саморегуляция. Базируется на совокупности потоков вещества, энергии и информации через живой организм; 4) раздражимость. Связана с передачей информации извне в любую биологическую систему и отражает реакцию этой системы на внешний раздражитель. Благодаря раздражимости живые организмы способны избирательно реагировать на условия внешней среды и извлекать из нее только необходи­мое для своего существования. С раздражимостью связана саморегуляция живых систем по принципу обратной связи: продукты жизнедеятельности способны оказывать тормозя­щее или стимулирующее воздействие на те ферменты, кото­рые стояли в начале длинной цепи химических реакций;5) поддержание гомеостаза (от гр. homoios — «подобный, одинаковый» и stasis — «неподвижность, состояние») — отно­сительного динамического постоянства внутренней среды ор­ганизма, физико-химических параметров существования системы;6) структурная организация — определенная упорядочен­ность, стройность живой системы. Обнаруживается при на­следовании не только отдельных живых организмом, но и их совокупностей в связи с окружающей средой биогеоценозов; 7) адаптация — способность живого организма постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям существовании в окружающей среде. В ее основе лежат раздражимость и ха­рактерные для нее адекватные ответные реакции; 8) репродукция (воспроизведение). Так как жизнь существу­ет в виде отдельных (дискретных) живых системы (например, клеток), а существование каждой такой системы строго огра­ничено во времени, поддержание жизни на 'Земле связано с ре­продукцией живых систем. На молекулярном уровне воспроиз­ведение осуществляется благодаря матричному синтезу, новые молекулы образуются по программе, заложенной в структуре (матрице) ранее существовавших молекул; 9) наследственность. Обеспечивает преемственность между поколениями организмов (на основе потоков информации). Тесно связана с ауторепродукцией жизни на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Благодаря наследствен­ности из поколения в поколение передаются признаки, кото­рые обеспечивают приспособление к среде обитания; 10) изменчивость — свойство, противоположное наследствен­ности. За счет изменчивости живая система приобретает приз­наки, ранее ей несвойственные. В первую очередь измен­чивость связана с ошибками при репродукции: изменения в структуре нуклеиновых кислот приводят к появлению новой наследственной информации. Появляются новые признаки и свойства. Если они полезны для организма в данной среде обитания, то они подхватываются и закрепляются естествен­ным отбором. Создаются новые формы и виды. Таким образом, изменчивость создает предпосылки для видообразования и эво­люции; 11) индивидуальное развитие (процесс онтогенеза) — воплоще­ние исходной генетической информации, заложенной в структу­ре молекул ДНК (т. е. в генотипе), в рабочие структуры орга­низма. В ходе этого процесса проявляется такое свойство, как способность к росту, что выражается в увеличении массы тела и его размеров. Этот процесс базируется на репродукции мо­лекул, размножении, росте и дифференцировке клеток и дру­гих структур и др.; 12) филогенетическое развитие (закономерности его установ­лены Ч.Р.Дарвином). Базируется на прогрессивном размно­жении, наследственности, борьбе за существование и отборе. В результате эволюции появилось, огромное количество ви­дов. Прогрессивная эволюция прошла ряд ступеней. Это доклеточные, одноклеточные и многоклеточные организмы вплоть до человека.13) дискретность (прерывистость) и в то же время целост­ность. Жизнь представлена совокупностью отдельных организ­мов, или особей. Каждый организм, в свою очередь, также дискретен, поскольку состоит из совокупности органов, тка­ней и клеток. Каждая клетка состоит из органелл, но в то же время автономна. Наследственная информация осуществляет­ся генами, но ни один ген в отдельности не может определять развитие того или иного признака.

2. Эволюционно-обусловленные уровни организации жизни.

Живая природа целостная, но неоднородная система, которой свойственна иерархичность. иерархический принцип организации позволяет выделить в природе отдельные уровни, что удобно с точки зрения изучения жизни как сложного природного явления. В медико-биологической науке широко используют классификацию уровней в соответствии с важнейшими частями, структурами и компонентами организма, являющимися для исследователей разных специальностей непосредственными объектами изучения. Отдельные уровни определяются на основе выделения элементарной единицы и элементарного явления. Элементарная единица - структура или объект, закономерные изменения которых, обозначаемые как элементарное явление, составляют специфический для соответствующего уровня вклад в процесс сохранения и развития жизни. Молекулярно-генетический уровень: ген, конвариантная редупликация. Клеточный: клетка, реакции клеточного метаболизма. Организменный: особь, закономерные изменения в процессе онтогенеза. Популяционно-видовой уровень: популяция, элементарные эволюционный факторы. Биогеоценотический: биогеоценозы, поток энергии и круговорот веществ. Биосферный уровень.

3. Человек в системе природы. Специфика проявления биологического и социального в человеке.

Людям в природе принадлежит уникальное место, так как они обладают социальной сущностью. В первую очередь социальные факторы обеспечивают их выживание. Человек, как и все другие живые существа —часть природы и продукт природной, биологической эволюции. Антропологи проследили биологическую эволюцию Homo sapiens от высших приматов до современного человека. Питекантропы, австралопитеки, синантропы, неандертальцы, кроманьонцы составляют отдельные этапы этой эволюции, которая наглядно демонстрирует развитие человека как биологического вида, увеличение объема его головного мозга, изменение - конечностей и всей его природной конституции. Как и всякое живое существо, человек является своеобразной метаболической системой, существующей за счет обмена веществ с окружающей средой. Он дышит, потребляет различные природные продукты, существует как биологическое тело в пределах определенных физико-химических, органических и других условий окружающей среды. Как природное, биологическое существо, человек рождается, растет, взрослеет, стареет и умирает. Человеку, как и животному, свойственны инстинкты, жизненные (витальные) потребности. Существуют также и биологически запрограммированные протосоциальные (досоциальные) схемы поведения человека как специфического биологического вида. Биологические детерминанты (факторы, определяющие существование и развитие) определяются набором генов у человека, балансом вырабатываемых гормонов, обменом веществ и другими биологическими факторами. Все это характеризует человека как биологическое существо, определяет его биологическую природу. Но вместе с этим он отличается от любого животного и прежде всего следующими чертами: производит свою собственную окружающую среду (жилище, одежду, орудия труда), а животное не производит, только использует то, что есть в наличии; —изменяет окружающий мир не только по мерке своей утилитарной потребности, но и по законам познания этого мира, равно как и по законам нравственности и красоты, животное же может изменять свой мир только по потребности своего вида; может действовать не только по потребности, но и сообразно свободе своей воли и фантазии, действие животного же ориентируется исключительно на удовлетворение физической потребности (голод, инстинкт продолжения рода, групповые, видовые инстинкты и т. п. ); способен действовать универсально, животное же лишь применительно к конкретным обстоятельствам; свою жизнедеятельность делает предметом (осмысленно к ней относится, целенаправленно изменяет, планирует), животное же тождественно своей жизнедеятельности и не отличает ее от себя. Вышеуказанные отличия человека от животного характеризуют его природу; она, будучи биологической, не заключается в одной лишь природной жизнедеятельности человека. Он как бы выходит за пределы своей биологической природы и способен на такие действия, которые не приносят ему никакой пользы, ему свойственен альтруизм, он различает добро и зло, справедливость и несправедливость, способен к самопожертвованию и к постановке таких вопросов, как“Кто я? ”, “Для чего я живу? ”, “Что я должен делать? ” и др. Человек — не только природное, но и общественное существо, живущее в особом мире —в обществе, которое социализирует человека. Он рождается с набором биологических черт, присущих ему как некоторому биологическому виду. Человеком же разумным становится под действием общества. Он научается языку, воспринимает общественные нормы поведения, пропитывается общественно значимыми ценностями, регулирующими общественные отношения, выполняет определенные общественные функции и играет специфически социальные роли. Все его природные задатки и чувства, включая слух, зрение, обоняние становятся общественно-культурно ориентированными. Он оценивает мир по законам красоты, развитой в данной общественной системе, действует по законам нравственности, которые сложились в данном обществе. В нем развиваются новые, не только природные, но и социальные духовно-практические чувства. Это прежде всего чувства социальности, коллективности, нравственности, гражданственности, духовности. Все вместе эти качества, как прирожденные, так и приобретенные в социуме характеризуют биологическую и социальную природу человека. Тип: хордовые, подтип: позвоночные, класс: млекопитающие, отряд: приматы, семейство: гоминиды, род: люди, вид: человек разумный.

4. Доклеточный уровень организации живой материи. Вирусы.

Вирусы — доклеточные формы жизни, которые являются облигатными внутриклеточными параш гимн, г. с. могут сущест­вовать и размножаться только внутри организма хозяина. Вирусы были открыты Д. И. Ивановским в 1892 г. (он изучал вирус табач­ной мозаики), но доказать их существование удалось намного позднее. Многие вирусы являются возбудителями заболеваний, таких как СПИД, коревая краснуха, эпидемический паротит (свинка), ветряная и натуральная оспа. Вирусы имеют микроскопические размеры, многие из них способны проходить через любые фильтры. И отличие от бакте­рий, вирусы нельзя выращивать на питательных средах, так как вне организма они не проявляют свойств живого. Вне живого организма (хозяина) вирусы представляют собой кристаллы ве­ществ, не имеющих никаких свойств живых систем. Строение вирусов Зрелые вирусные частицы называются вирионами. Фактиче­ски они представляют собой геном, покрытый сверху белковой оболочкой. Эта оболочка— капсид. Она построена из белковых молекул, защищающих генетический материал вируса от воз­действия нуклеаз — ферментов, разрушающих нуклеиновые кис­лоты. У некоторых вирусов поверх капсида располагается суперкапсидная оболочка, также построенная из белка. Генетический материал представлен нуклеиновой кислотой. У одних вирусов это ДНК (так называемые ДНК-овые вирусы), у других — РНК (РНК-овые вирусы). РНК-овые вирусы также называют ретровирусами, так как для синтеза вирусных белков в этом случае необходима обратная транскрипция, которая осуществляется ферментом - обратной транскриптазой (ревертазой) и представляет собой синтез ДНК на базе РНК. Размножение вирусов При внедрении вируса внутрь клетки-хозяина происходит освобождение молекулы нуклеиновой кислоты от белка, поэтому в клетку попадает только чистый и незащищенный генетический материал. Если вирус ДНК, то молекула ДНК встраивается в мо­лекулу ДНК хозяина и воспроизводится вместе с ней. Так появля­ются новые вирусные ДНК, неотличимые от исходных. Все про­цессы, протекающие в клетке, замедляются, клетка начинает работать на воспроизводство вируса. Так как вирус является облигатным паразитом, то для его жизни необходима клетка-хо­зяин, поэтому она не погибает в процессе размножения вируса. Гибель клетки происходит только после выхода из нее вирусных частиц. Если это ретровирус, внутрь клетки-хозяина попадает его РНK. Она содержит гены, обеспечивающие обратную транскрип­цию: на матрице РНК строится одноцепочечная молекула ДНК. Из свободных нуклеотидов достраивается комплементарная цепь, которая и встраивается в геном клетки-хозяина. С полученной ДНК информация переписывается на молекулу и-РНК, на матри­це которой затем синтезируются белки ретровируса.

5. Прокариоты. Характерные черты организации.

свойственны малые размеры (не более 0,5—3,0 мкм в диаметре или по длине), отсутствие обособленного ядра, так что генетический материал в виде ДНК не отграничен от цитоплазмы оболочкой. В клетке отсутствует развитая система мембран. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, которая лишена основных белков — гистонов (гистоны являются белками клеточных ядер). Благодаря значительному количеству диаминокислот аргинина и лизина гистоны имеют щелочной характер. Различия прокариотических и эукариотических клеток по наличию гистонов указывают на разные механизмы регуляции функции генетического материала. В прокариотических клетках отсутствует клеточный центр. Не типичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебоидное движение. Время, необходимое для образования двух дочерних клеток из материнской (время генерации), сравнительно мало и исчисляется десятками минут. К прокариотическому типу клеток относятся бактерии и синезеленые водоросли.

6. Клетка - элементарная структурно-функциональная биологическая единица. Прокариотические и эукариотические клетки.

Обособленная, наименьшая по размерам структура, которая присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости, обуславливая тем самым присущие органическому мира качества единства и разнообразия. Клетка любого организма, представляет собой целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка клетка осуществляет непосредственное взаимодействие с внешней средой и взаимодействие с соседними клетками (в многоклеточных организмах). Оболочка клеток. Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений, а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности клеток расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растений она состоит из клетчатки. Клеточная стенка играет исключительно важную роль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток: через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ. Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от клеточных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой животных клеток получил название гликокаликс. Гликокаликс выполняет прежде всего функцию непосредственной связи клеток животных с внешней средой, со всеми окружающими ее вещества-ми. Имея незначительную толщину (меньше 1 мкм), наружный слой клетки животных не выполняет опорной роли, какая свойственна клеточным стенкам растений. Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений, происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток. Плазматическая мембрана. Под гликокаликсом и клеточной стенкой расте-ний расположена плазматическая мембрана (лат. “мембрана»-кожица, пленка), граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина плазматической мембраны около 10 нм, изучение ее строения и функций возможно только с помощью электронного микроскопа. В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упо-рядочено расположены и соединены друг с другом химическими взаимо-действиями. По современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину. Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность плазматической мембраны. Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от кото-рых завидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Но между клетками и внешней средой постоянно происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Во внешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке. Транспорт веществ- одна из главных функций плазматической мембраны. Через плазматическую мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. К числу их относятся разнообразные белки, углеводы, гормоны, которые вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель. Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани ( эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с другом плазма-тической мембраной. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают со-единениям особую прочность. Отграниченная от внешней среды плазматической мембра-ной, цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду кле-ток. В цитоплазму эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды. Ядро располагается в центральной части цитоплазмы. В ней сосредоточены и разнообразные включения - продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основного вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы.

7. Клеточная теория. История и современное состояние. Значение ее для биологии и медицины.

Клетка — единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет. Клетка — единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование. Ядро − главная составная, часть клетки (эукариот). Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток. Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток. 1665 год — английский физик Р. Гук в работе «Микрография» описывает строение пробки, на тонких срезах которой он нашёл правильно расположенные пустоты. Эти пустоты Гук назвал «порами, или клетками». Наличие подобной структуры было известно ему и в некоторых других частях растений. 1670-е годы — итальянский медик и натуралист М. Мальпиги и английский натуралист Н. Грю описали в разных органах растений «мешочки, или пузырьки» и показали широкое распространение у растений клеточного строения. Клетки изображал на своих рисунках голландский микроскопист А. Левенгук. Он же первым открыл мир одноклеточных организмов — описал бактерий и протистов (инфузорий). В XVIII веке совершаются первые попытки сопоставления микроструктуры клеток растений и животных. К. Ф. Вольф в работе «Теории зарождения» (1759) пытается сравнить развитие микроскопического строения растений и животных. По Вольфу, зародыш как у растений, так и у животных развивается из бесструктурного вещества, в котором движения создают каналы (сосуды) и пустоты (клетки). Фактические данные, приводившиеся Вольфом, были им ошибочно истолкованы и не прибавили новых знаний к тому, что было известно микроскопистам XVII века. Однако его теоретические представления в значительной мере предвосхитили идеи будущей клеточной теории. В 1831 году Роберт Броун описывает ядро и высказывает предположение, что оно является постоянной составной частью растительной клетки. Здесь были выполнены классические исследования Теодора Шванна, заложившие основание клеточной теории. На работу Шванна оказала сильное влияние школа Пуркинье и Генле. Шванн нашёл правильный принцип сравнения клеток растений и элементарных микроскопических структур животных. Шванн смог установить гомологию и доказать соответствие в строении и росте элементарных микроскопических структур растений и животных. На значение ядра в клетке Шванна натолкнули исследования Матиаса Шлейдена, у которого в 1838 году вышла работа «Материалы по фитогенезу». Поэтому Шлейдена часто называют соавтором клеточной теории. Основная идея клеточной теории — соответствие клеток растений и элементарных структур животных — была чужда Шлейдену. Он сформулировал теорию новообразования клеток из бесструктурного вещества, согласно которой сначала из мельчайшей зернистости конденсируется ядрышко, вокруг него образуется ядро, являющееся образователем клетки (цитобластом). Однако эта теория опиралась на неверные факты. В 1838 году Шванн публикует 3 предварительных сообщения, а в 1839 году появляется его классическое сочинение «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в самом заглавии которого выражена основная мысль клеточной теории: В первой части книги он рассматривает строение хорды и хряща, показывая, что их элементарные структуры — клетки развиваются одинаково. Далее он доказывает, что микроскопические структуры других тканей и органов животного организма — это тоже клетки, вполне сравнимые с клетками хряща и хорды. Во второй части книги сравниваются клетки растений и клетки животных и показывается их соответствие. В третьей части развиваются теоретические положения и формулируются принципы клеточной теории. Именно исследования Шванна оформили клеточную теорию и доказали (на уровне знаний того времени) единство элементарной структуры животных и растений. Главной ошибкой Шванна было высказанное им вслед за Шлейденом мнение о возможности возникновения клеток из бесструктурного неклеточного вещества.

8. Гипотезы происхождения эукариотических клеток: симбиотическая, инвагинационная, клонирования.

Ископаемые останки клеток эукариот обнаружены в породах, возраст которых не превышает 1-1,4 млрд лет. Согласно симбиотической гипотезе основой, или клеткой-хозяином, в эволюции клетки эукариот послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебоидному движению. Переход к аэробному дыханию связан с наличием в клетке митохондрий, произошедших путем изменений симбионтов - аэробных бактерий, проникших в клетку-хозяина и сосуществовавших с ней. Сходное происхождение предполагают для жгутиков, предками которых служили симбионты-бактерии, имевшие жгутик и напоминавшие современных спирохет. Приобретение клеткой жгутиков имело наряду с освоением активного способа движения важное следствие общего порядка. Предполагают, что базальные тельца, которыми снабжены жгутики, могли эволюционировать в центриоли в процессе возникновения механизма митоза. Способность зеленых растений к фотосинтезу обусловлена присутствием в их клетках хлоропластов. сторонники симбиотической гипотезы считают, что симбионтами клетки-хозяина, давшими начало хлоропластам, послужили прокариотические синезеленые водоросли. Митохондрии, центриоли и хлоропласты имеют собственную ДНК. Белки бациллин и тубулин, из которых состоят жгутики и реснички соответственно современных прокариот и эукариот, имеют различное строение. У бактерий не найдено также структур со свойственной жгутикам, ресничкам, базальным тельцам и центриолям эукариот комбинацией микротрубочек. Внутренние мембраны ЭПС, пластинчатого комплекса, пузырьков и вакуолей рассматривают как производные наружной мембраны ядерной оболочки, которая способна образовывать впячивания. Центральным и трудным для ответа является вопрос о происхождении ядра. Оно также могло образоваться из симбионта-прокариота. Увеличение количества ядерной ДНК происходило постепенно путем перемещения генов из геномов симбионтов. Согласно инвагинационной гипотезе предковой формой эукариот был аэробный прокариот. В нем находилось одновременно несколько геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Органеллы, имеющие ДНК, а также ядро, возникли путем впячивания и отшнуровывания участков оболочки с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты. В процессе дальнейшей эволюции ядерный геном усложнился, появилась система цитоплазматических мембран. Инвагинационная гипотеза хорошо объясняет наличие в оболочках ядра, митохондрий, хлоропластов, двух мембран. Однако она не может ответить на вопрос, почему биосинтез белка в хлоропластах и митохондриях в деталях соответствует таковому в современных прокариотах, но отличается от биосинтеза белка в цитоплазме эукариот. Эволюционные возможности эукариот выше, чем у прокариот. Ведущая роль здесь принадлежит ядерному геному эукариот, который во много раз превосходит по размерам геном прокариот. Эукариоты диплоидны. При переходе к эукариотас усложняется механизм регуляции жизнедеятельности клеток , что на уровне генетического материала проявилось в увеличении относительного количества регуляторных генов, замене кольцевых "голых" молекул ДНК прокариот хромосомами, в которых ДНК соединена с белками. В итоге стало возможным считывать биологическую информацию по частям с разных групп генов в разном их сочетании в различных типах клеток и в разное время. Это позволяет разным группам клеток специализироваться по различным функциональным направлениям. Эластичная оболочка эукариот необходима для образования устойчивых клеточных комплексов.

9. Клетка как открытая система. Организация потоков вещества, энергии в клетке. Специализация и интеграция клеток многоклеточного организма.

Поток энергии у представителей разных групп организмов обеспечивается механизмами энергоснабжения – брожением, фото- или хемосинтезом, дыханием. Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низкокалорийного органического топлива в виде глюкозы, ЖК, а/к, а также использование выделяемой энергии для образования высококалорийного клеточного топлива – АТФ. Энергия АТФ, непосредственно или будучи перенесена на другие макроэргические соединения, в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы – химическую, осмотическую, электрическую, механическую, регуляторную. Макроэргическим называют соединение, в химических связях которого запасена энергия в форме, доступной для использования в биологических процессах. Универсальным соединением такого рода служит АТФ. Основное количество энергии заключено в связи, присоединяющей остаток фосфорной кислоты. Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окислительного фосфорилирования, а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы – анаэробный гликолиз. Из 2 механизмов, обеспечивающих жизнедеятельность клетки энергией, анаэробный гликолиз менее эффективен. В связи с неполным окислением, прежде всего глюкозы, в процессе гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10% энергией. Недоокисленные продукты гликолиза поступают в митохондрии, где в условиях полного окисления, сопряженного с фосфорилированием АДФ до АТФ, отдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию. Из преобразователей энергии химических связей АТФ в работу наиболее изучена механохимическая система поперечно-полосатой мышцы. Она состоит из сократительных белков и фермента аденозинтрифосфатазы, расщепляющей АТФ с высвобождением энергии. Особенность потока энергии растительной клетки состоит в наличие фотосинтеза – механизма преобразования энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ. Реакции дыхательного обмена не только поставляют энергию, но и снабжают клетку строительными блоками для синтеза разнообразных молекул. Ими являются многие продукты расщепления пищевых веществ. Особая роль в этом принадлежит одному из этапов дыхательного обмена – циклу Кребса, осуществляемому в митохондриях. Через этот цикл проходит путь углеродных атомов большинства соединений, служащих промежуточными продуктами синтеза химических компонентов клетки. В цикле Кребса происходит выбор пути превращения того или иного соединения, а также переключение обмена клетки с одного пути на другой, например с углеводного на жировой. Т.о., дыхательный обмен одновременно составляет ведущее звено потока веществ, объединяющего метаболические пути расщепления и образования углеводов, белков, жиров, НК. Клетка — открытая система, поскольку ее существование возможно только в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Жизнедеятельность клетки обеспечивается процессами, образующими три потока: информации, энергии веществ.

10. Клеточный цикл, его периодизация. Митотический цикл и его механизмы. Проблемы клеточной пролиферации в медицине.

Закономерные изменения структурно-функциональных характеристик клетки во времени составляют клеточный цикл. Это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской до собственного деления или смерти. Важным компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл - комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. В жизненный цикл включается период выполнения клеткой специфических функций, а также период покоя. В данный период ближайшая судьба клетки не определена: она может либо начать подготовку к митозу, либо приступить к специализации в определенном функциональном направлении. Продолжительность от 10 до 50 ч. Обеспечивает преемственность хромосомв ряду клеточных поколений, образование клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации. Цикл является всеобщим механизмом воспроизведения клеточной организации эукариот в индивидуальном развитии. Гдавные события - редупликация наследственного материала и его равномерное распределение. Закономерные изменения хромосом, которые обеспечивают хранение генетической информации, использование ее для создания и поддержания клеточной организации, регулируют считывание наследственной информации, самокопируют генетический материал, передают его дочерним клеткам. Пресинтет.: восстанавливаются черты организации интерфазной клетки, завершается формирование ядрышка, из цитоплазмы в ядро поступает значительное количество белка. Реорганизация ультраструктуры параллельно с интенсификацией синтеза белка, увеличение массы клетки, образование химических предшественников ДНК, ферментов, катализирующих реакцию редупликации ДНК, синтез белка, инициирующего эту реакцию (2n1chr2c). Синт: удвоение количества наследственного материала (2n2chr4c). Постсинтет: интенсивный синтез РНК и белка, завершение удвоение массы цитоплазмы, тубулины используются для построения веретена деления. Профаза: хромосомы спирализуются, приобретают вид нитей, ядрышко разрушается, распадается ядерная оболочка, в цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой ЭПС, сокращается число полисом, центриоли клеточного центра расходятся к полюсам, между ними микротрубочки образуют веретено деления. Метафаза: окончание образования веретена деления, хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости, микротрубочки веретена деления связаны с кинетохорами хромосом, каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды, соединенные в области кинетохор. Анафаза: связь между хроматидами нарушается, они в качестве самостоятельных хромосом перемещаются к полюсам клетки (2(2n1chr2c). Телофаза: реконструкция ядра дочерних клеток, деспирализация хромосом, образование ядрышек, разрушение веретена деления, деление материнской клетки на 2 дочерних. С начала 60-х гг. появились новые взгляды на значение для старения и продолжительности жизни закономерностей клеточной пролиферации. На основании подсчета числа делений фибробластов, высеваемых в культуру ткани от эмбриона человека и от людей в возрасте 20 лет и выше, было сделано заключение о пределе клеточ­ных делений (лимит Хейфлика), которому соответствует видовая длительность жизни. Показано, что фибробласты мыши способны удваивать свою численность 14—28 раз, цыпленка —15—35, чело­века—40—60, черепахи—72—114 раз. Проверка результатов, о которых идет речь, выявила, что представление об ограниченности числа клеточных делений в индивидуальном развитии является неточным.В опухолях атипичные клетки делятся митотическим способом. В результате деления образуются идентичные измененной клетки. Деление происходит многократно. В итоге опухоль быстро растет.

11. Особенности морфологического и функционального строения хромосом. Гетеро- и эухроматин.

При наблюдении клеток выявлены внутри ядра зоны плотного вещества, которые хорошо воспринимают различные красители. Благодаря такой способности хорошо окрашиваться этот компонент ядра и получил название хроматин. Такими же свойствами обладают и хромосомы. Морфология хромосом лучше всего видна в клетке на стадии метафазы. Хромосома состоит из двух палочкообразных телец - хроматид. Обе хроматиды каждой хромосомы идентичны друг другу по генному составу. Хромосомы дифференцированы по длине. Хромосомы имеют центромеру или первичную перетяжку, две теломеры и два плеча. На некоторых хромосомах выделяют вторичные перетяжки и спутники. Движение хромосомы определяет Центромера, которая имеет сложное строение. ДНК центромеры отличается характерной последовательностью нуклеотидов и специфическими белками. В зависимости от расположения центромеры различают акроцентрические, субметацентрические и метацентрические хромосомы. Как говорилось выше, некоторые хромосомы имеют вторичные перетяжки. Они, в отличие от первичной перетяжки (центромеры), не служат местом прикрепления нитей веретена и не играют никакой роли в движении хромосом. Некоторые вторичные перетяжки связаны с образованием ядрышек, в этом случае их называют ядрышковыми организаторами. В ядрышковых организаторах расположены гены, ответственные за синтез РНК. Функция других вторичных перетяжек еще не ясна. У некоторых акроцентрических хромосом есть спутники — участки, соединенные с остальной частью хромосомы тонкой нитью хроматина. Форма и размеры спутника постоянны для данной хромосомы. У человека спутники имеются у пяти пар хромосом. Концевые участки хромосом, богатые структурным гетерохроматином, называются теломерами. Теломеры препятствуют слипанию концов хромосом после редупликации и тем самым способствуют сохранению их целостности. Следовательно, теломеры ответственны за существование хромосом как индивидуальных образований. Хромосомы, имеющие одинаковый порядок генов, называют гомологичными. Они имеют одинаковое строение (длина, расположение центромеры и т. д.). Негомологичные хромосомы имеют разный генный набор и разное стИсследование тонкой структуры хромосом показало, что они состоят из ДНК, белка и небольшого количества РНК. Молекула ДНК несет отрицательные заряды, распределенные по всей длине, а присоединенные к ней белки — гистоны заряжены положительно. Этот комплекс ДНК с белком называют хроматином. Хроматин может иметь разную степень конденсации. Конденсированный хроматин называют гетерохроматином, деконденсированный хроматин — эухроматином. Степень деконденсации хроматина отражает его функциональное состояние. Гетерохроматиновые участки функционально менее активны, чем эухроматиновые, в которых локализована большая часть генов. Различают структурный гетерохроматин, количество, которого различается в разных хромосомах, но располагается он постоянно в околоцентромерных районах. Кроме структурного гетерохроматина существует факультативный гетерохроматин, который появляется в хромосоме при сверхспирализации эухроматических районов. Подтверждением существования этого явления в хромосомах человека служит факт генетической инактивации одной Х-хромосомы в соматических клетках женщины. Его суть заключается в том, что существует эволюционно сформировавшийся механизм инактивации второй дозы генов, локализованных в Х-хромосоме, вследствие чего, несмотря на разное число Х-хромосом в мужском и женском организмах, число функционирующих в них генов уравнено. Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток, тогда его можно обнаружить в виде плотных хромосом. Размеры молекул ДНК хромосом огромны. Каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. Они могут достигать сотен микрометров и даже сантиметров. Из хромосом человека самая большая — первая; ее ДНК имеет общую длину до 7 см. Суммарная длина молекул ДНК всех хромосом одной клетки человека составляет 170 см. Несмотря на гигантские размеры молекул ДНК, она достаточно плотно упакована в хромосомах. Такую специфическую укладку хромосомной ДНК обеспечивают белки гистоны. Гистоны располагаются по длине молекулы ДНК в виде блоков. В один блок входит 8 молекул гистонов, образуя нуклеосому (образование, состоящее из нити ДНК, намотанной вокруг октамера гистонов). Размер нуклеосомы около 10 нм. Нуклеосомы имеют вид нанизанных на нитку бусинок. Нуклеосомы и соединяющие их участки ДНК плотно упакованы в виде спирали, на каждый виток такой спирали приходится шесть нуклеосом. Так формируется структура хромосомы. Наследственная информация организма строго упорядочена по отдельным хромосомам. Каждый организм характеризуется определенным набором хромосом (число, размеры и структура), который называется кариотипом. Кариотип человека представлен двадцатью четырьмя разными хромосомами (22 пары аутосом, Х- и Y-хромосомы). Кариотип — это паспорт вида. Анализ кариотипа позволяет выявлять нарушения, которые могут приводить к аномалиям развития, наследственным болезням или гибели плодов и эмбрионов на ранних стадиях развития. Длительное время полагали, что кариотип человека состоит из 48 хромосом. Однако в начале 1956 г. было опубликовано сообщение, согласно которому число хромосом в кариотипе человека равно 46. Хромосомы человека различаются по размеру, расположению центромеры и вторичных перетяжек. Впервые подразделение кариотипа на группы было проведено в 1960 г. на конференции в г. Денвере (США). В описание кариотипа человека первоначально были заложены два следующих принципа: расположение хромосом по их длине; группировка хромосом по расположению центромеры (метацентрические, субметацентрические, акроцентрические). Точное постоянство числа хромосом, их индивидуальность и сложность строения свидетельствуют о важности выполняемой ими функции. Хромосомы выполняют функцию основного генетического аппарата клетки. В них в линейном порядке расположены гены, каждый из которых занимает строго определенное место (локус) в хромосоме. В каждой хромосоме много генов, но для нормального развития организма необходим набор генов полного хромосомного набора.роение. ЭУХРОМАТИН (от греческого eu — хорошо, полностью и хроматин), участки хромосом, сохраняющие деспирализованное состояние в покоящемся ядре (в интерфазе) и спирализующиеся при делении клеток (в профазе); содержат большинство генов и потенциально способны к транскрипции. Эухроматин отличается от гетерохроматина меньшим содержанием метилированных оснований и блоков повторяющихся последовательностей ДНК, большим количеством негистоновых белков и ацетилированных молекул гистонов, менее плотной упаковкой хромосомного материала, что, как полагают, особенно важно для активности эухроматина и делает его потенциально более доступным для ферментов, обеспечивающих транскрипцию. Эухроматин может приобретать свойства факультативного гетерохроматина — инактивироваться, что является одним из способов регуляции генной активности. ГЕТЕРОХРОМАТИН

(от гетеро... и хроматин), участки хроматина, находящиеся в конденсированном (плотно упакованном) состоянии в течение всего клеточного цикла. Интенсивно окрашиваются ядерными красителями и хорошо видны в световой микроскоп даже во время интерфазы. Гетерохроматич. р-ны хромосом, как правило, реплицируются позже эухроматиновых и не транскрибируются, т. е. генетически весьма инертны. Ядра активных тканей и эмбриональных клеток большей частью бывают бедны Г. Различают факультативный и конститутивный (структурный) Г. Факультативный Г. присутствует только в одной из гомологичных хромосом. Пример Г. такого типа — вторая Х-хромосома у жен. особей млекопитающих, к-рая в ходе раннего эмбриогенеза инактивируется вследствие её необратимой конденсации. Структурный Г. содержится в обеих гомологичных хромосомах, локализован преим. в экспонированных участках хромосомы — в центромере, теломере, ядрышко-вом организаторе (во время интерфазы он располагается неподалёку от ядерной оболочки), обеднён генами, обогащен сателлитной ДНК и может инактивиро-вать расположенные по соседству гены (т. н. эффект положения). Этот тип Г. очень вариабелен как в пределах одного вида, так и в пределах близких видов. Он может влиять на синапсис хромосом, частоту индуцированных разрывов и рекомбинацию. Участкам структурного Г. свойственна адгезия (слипание) сестринских хроматид.

12. Кодирование и реализация биологической информации в клетке. Кодовая система ДНК и белка.

Первично все многообразие жизни обусловливается разнообразием белковых молекул, выполняющих в клетках различные биологические функции. Структура белков определяется набором и порядком расположения аминокислот в их пептидных цепях. Именно эта последовательность аминокислот в пептидных цепях зашифрована в молекулах ДНК с помощью биологического (генетического) кода. Для шифровки 20 различных аминокислот достаточное количество сочетаний нуклеотидов может обеспечить лишь триплетный код, в котором каждая аминокислота шифруется тремя стоящими рядом нуклеотидами. Генетический код — это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательного расположения нуклеотидов в и-РНК. Св-ва ген. кода: ) Код триплетен. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, называется триплетом или кодоном. 2) Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (исключение метиотин и триптофан) 3) Код однозначен — каждый кодон шифрует только 1 аминоксилоту 4) Между генами имеются «знаки препинания» (УАА,УАГ,УГА) каждый из которых означает прекращение синтеза и стоит в конце каждого гена. 5) Внутри гена нет знаков препинания. 6) Код универсален. Генетический код един для всех живых на земле существ. Транскрипция — это процесс считывания информации РНК, осуществляемой и-РНК полимеразой. ДНК — носитель всей генетической информации в клетке, непосредственного участия в синтезе белков не принимает. К рибосомам — местам сборки белков — высылается из ядра несущий информационный посредник, способный пройти поры ядерной мембраны. Им является и-РНК. По принципу комплементарности она считывает с ДНК при участии фермента называемого РНК — полимеразой. В процессе транскрипции можно выделить 4 стадии: 1) Связывание РНК-полимеразы с промотором, 2) инициация — начало синтеза. Оно заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между АТФ и ГТФ и два нуклеотидом синтезирующей молекулы и-РНК, 3) элонгация — рост цепи РНК, т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке, в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой ните ДНК, 4) Терминация — завершения синтеза и-РНК. Промотр — площадка для РНК-полимеразы. Оперон — часть одного гена ДНК. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединенных друг с другом. Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие одно из четырех азотистых оснований: аденин (А) или тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г), пятиатомный сахар пентозу — дезоксирибозу, по имени которой получила название и сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов.

13. Размножение - универсальное свойство живого, обеспечивающее материальную непрерывность в ряду поколений. Эволюция размножения, формы размножения.

Способность к размножению является неотъемлемым своейством живых существ. Обеспечивает смену поколений. Увеличивается число особей, сохраняются складывающиеся в эволюции типы структурно-физиологической организации. Способы: бесполое и половое. Эволюция размножения шла, как правило, в направлении от бесполых форм к половым, от изогамии к анизогамии, от участия всех клеток в размножении к разделению клеток на соматические и половые, от наружного оплодотворения к внутреннему с внутриутробным развитием и заботой о потомстве.Темп размножения, численность потомства, частота смены поколений наряду с другими факторами определяют скорость приспособления вида к условиям среды. Например, высокие темпы размножения и частая смена поколений позволяют насекомым в короткий срок вырабатывать устойчивость к ядохимикатам. В эволюции позвоночных — от рыб до теплокровных — наблюдается тенденция к уменьшению численности потомства и увеличению его выживаемости. Деление — способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при котором материнская особь делится на две или большее количество дочерних клеток. Можно выделить: а) простое бинарное деление (прокариоты), б) митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли), в) множественное деление, или шизогонию (малярийный плазмодий, трипаносомы). Во время деления парамеции (1) микронуклеус делится митозом, макронуклеус — амитозом. Во время шизогонии (2) сперва многократно митозом делится ядро, затем каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой, и формируются несколько самостоятельных организмов.Почкование — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде выростов на теле родительской особи (3). Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (гидра, дрожжи), могут остаться прикрепленными к ней, образуя в этом случае колонии (коралловые полипы).Фрагментация (4) — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается материнская особь (кольчатые черви, морские звезды, спирогира, элодея). В основе фрагментации лежит способность организмов к регенерации.Полиэмбриония — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается эмбрион (монозиготные близнецы).Вегетативное размножение — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей вегетативного тела материнской особи, или из особых структур (корневище, клубень и др.), специально предназначенных для этой формы размножения. Вегетативное размножение характерно для многих групп растений, используется в садоводстве, огородничестве, селекции растений (искусственное вегетативное размножение).Спорообразование (6) — размножение посредством спор. Споры — специализированные клетки, у большинства видов образуются в особых органах — спорангиях. У высших растений образованию спор предшествует мейоз.Клонирование — комплекс методов, используемых человеком для получения генетически идентичных копий клеток или особей. Клон — совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения. В основе получения клона лежит митоз (у бактерий — простое деление). Половое размножение осуществляется при участии двух родительских особей (мужской и женской), у которых в особых органах образуются специализированные клетки — гаметы. Процесс формирования гамет называется гаметогенезом, основным этапом гаметогенеза является мейоз. Дочернее поколение развивается из зиготы — клетки, образовавшейся в результате слияния мужской и женской гамет. Процесс слияния мужской и женской гамет называется оплодотворением. Обязательным следствием полового размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего поколения.В зависимости от особенностей строения гамет, можно выделить следующие формы полового размножения: изогамию, гетерогамию и овогамию.Изогамия (1) — форма полового размножения, при которой гаметы (условно женские и условно мужские) являются подвижными и имеют одинаковые морфологию и размеры.Гетерогамия (2) — форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются подвижными, но женские — крупнее мужских и менее подвижны.Овогамия (3) — форма полового размножения, при которой женские гаметы неподвижные и более крупные, чем мужские гаметы. В этом случае женские гаметы называются яйцеклетками, мужские гаметы, если имеют жгутики, — сперматозоидами, если не имеют, — спермиями.Овогамия характерна для большинства видов животных и растений. Изогамия и гетерогамия встречаются у некоторых примитивных организмов (водоросли). Кроме вышеперечисленных, у некоторых водорослей и грибов имеются формы размножения, при которых половые клетки не образуются: хологамия и конъюгация. При хологамии происходит слияние друг с другом одноклеточных гаплоидных организмов, которые в данном случае выступают в роли гамет. Образовавшаяся диплоидная зигота затем делится мейозом с образованием четырех гаплоидных организмов. При конъюгации (4) происходит слияние содержимого отдельных гаплоидных клеток нитевидных талломов. По специально образующимся каналам содержимое одной клетки перетекает в другую, образуется диплоидная зигота, которая обычно после периода покоя также делится мейозом.

14. Гаметогенез. Мейоз: цитологическая и цитогенетическая характеристика.

Мейоз приводит к образованию гаплоидных клеток из диплоидных. Состоит из 2 быстро следующих друг за другом делений. ДНК удваивается однократно. Лептотена (2n2chr4c) - начинается спирализация хромосом, они видимы в микроскоп как длинные и тонкие нити, зиготена (2n2chr4c) характеризуется началом конъюгации гомологичных хромосом, которые объединяются синаптонемальным комплексом в бивалент. Пахитена (1nbiv4chr4c) - на фоне продолжающейся спирализации хромосом и их укорочения между гомологичными хромосомами осуществляется кроссинговер. В диплотену (1nbiv4chr4c) возникают силы отталкивания между гомологичными хромосомами, которые начинают отдаляться друг от друга в области центромер, но остаются связанными в хиазмах. Диакинез (1nbiv4chr4c) - завершающая стадия профазы, в которой гомологичные хромосомы удерживаются вместе лишь в отдельных точках хиазм. Биваленты приобретают причудливую форму. В овогенезе существует диктиотена. Хромосомы, приняв форму "ламповых щеток", прекращают дальнейшие структурные изменения на многие годы. Метафаза 1: (1nbiv4chr4c) завершение формирования веретена деления. Нити прикрепляются к центромерам хромосом, объединенных в биваленты так, что от каждой центромеры идет 1 нить к 1 из польюсов веретена деления. Нити, связанные центромерами гомологичных хромосом, направляясь к разным полюсам, устанавливают биваленты в плоскости экватора веретена деления. Анафаза 1: 2(1n2chr2c) ослабление связей между гомологичными хромосомами в бивалентах, отхождение их друг от друга, направление к разным полюсам веретена деления. К каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящих из 2 хроматид. Телофаза 1: 2(1n2chr2c) у полюсов веретена деления собирается одинарный гаплоидный набор хромосом, каждая из них содержит удвоенное количество ДНК. Во время второго деления двунитчатые хромосомы образуют однонитчатые. Профаза 2: не отличается от мейоза, но не происходит спирализации хромосом (1n2chr2c), в анафазе 2 к полюсам отходят дочерние хроматиды. (1n1chr1c) Механизм образования гамет, постоянство числа хромосом при половом размножении, обеспечивает комбинативную изменчивость в результате кроссинговера, независимого расхождения хроматид и хромосом при образовании гамет. Процесс образования сперматозоидов. В стадии размножения диплоидные клетки осуществляют ряд последовательных митотических делений, в результате чего их количество возрастает. Сперматогонии размножаются на протяжении всего периода половой зрелости. В ходе митотического цикла их хромосомы образуют либо однонитчатую, либо двунитчатую структуру в зависимости от количества спиралей ДНК. На стадии роста происходит увеличение размеров клетки и превращение их в сперматоциты 1 порядка. Происходит репликация ДНК при сохранении неизменным числа хромосом.. Последние приобретают двунитчатую структуру. Во время стадии созревания образуются сперматоциты 2 порядка и сперматиды. Каждый сперматоцит 1 дает 4 сперматиды. В стадию формирования ядра сперматид уплотняются вследствие сверхспирализации хромосом, которые становятся функционально инертными. Пластинчатый комплекс перемещается к 1 из полюсов ядра, образуя акросомный аппарат, играющий большую роль в оплодотворении. Центриоли занимают место у противоположного полюса ядра, причем от одной из них отрастает жгутик, у основания которого в виде спирального чехлика концентрируются митохондрии. На этой стадии почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, так что головка зрелого сперматозоида практически ее лишена. Сперматозоид человека — это специализированная клетка, строение которой позволяет ей выполнить свою функцию: преодолеть половые пути женщины и проникнуть в яйцеклетку, чтобы внести в неё генетический материал мужчины. Сперматозоид, сливаясь с яйцеклеткой, оплодотворяет её.В организме человека сперматозоид является самой маленькой клеткой тела (если учитывать только саму головку без хвостика). Общая длина сперматозоида у человека равна приблизительно 55 мкм. Головка составляет приблизительно 5,0 мкм в длину, 3,5 мкм в ширину и 2,5 мкм в высоту, средний участок и хвостик — соответственно, приблизительно 4,5 и 45 мкм в длину. Малые размеры, вероятно, необходимы для быстрого движения сперматозоида. Для уменьшения размера сперматозоида при его созревании происходят специальные преобразования: ядро уплотняется за счет уникального механизма конденсации хроматина (из ядра удаляются гистоны, и ДНК связывается с белками-протаминами), большая часть цитоплазмы выбрасывается из сперматозоида в виде так называемой «цитоплазматической капли», остаются только самые необходимые органеллы. Процесс образования яйцеклетки. Овогонии осуществляют серию последовательных митотических делений, в результате чего их количество возрастает. Размножение овогоний приурочено главным образом к периоду эмбриогенеза. У человека в женском организме этот процесс наиболее интенсивно протекает в яичниках между 2-м и 5-м месяцами внутриутробного развития. К 7-му месяцу большая часть овоцитов входит в профазу 1. В ходе митотического цикла их хромосомы образуют либо однонитчатую, либо двунитчатую структуру в зависимости от количества спиралей ДНК. На стадии роста происходит увеличение клеток и превращение их в овоциты 1 порядка. Одна часть накапливаемых веществ представляет собой питательный материал, другая - связана с последующими делениями. На стадии созревания образуется овоцит 2 порядка и зрелая яйцеклетка. Каждый овоцит 1 порядка дает одну полноценную яйцеклетку и редукционные тельца, которые в размножении не участвуют. Благодаря этому в женской гамете концентрируется максимальное количество питательного материала - желтка. О. в 3 периода (отсутствует стадия формирования), число делений сперматогоний в пределах одного вида всегда больше, чем у овогоний; у высших позвоночных размножение овогоний происходит только в эмбриональный период, овогенез начинается с 3 месяца эмбрионального развития - к рождению девочки он останавливается до момента полового созревания, период роста в оогенезе более длительный, подразделяется на большой и малый этапы роста, объем овоцитов 1 возрастает по сравнению со сперматоцитами 1, в отличие от сперматогенеза трофические компоненты резервируются, в оогенезе есть диктиотена, в овогенезе - 1 яйцеклетка и 3 полоцита, в овогенезе наблюдается блокада на разных фазах мейотических делений, овогенез завершается к 50 годам.

15. Оплодотворение. Партеногенез (формы, распространенность в природе). Половой диморфизм.

Случайная встреча разных гамет при оплодотворении приводит к тому, что среди особей вида практически невозможно появление двух генотипически одинаковых организмов. Процесс слияния половых клеток. Сближение гамет. Обеспечивается скоординированностью наступления готовности к оплодотворению самки и самца, поведение, избыточная продукция сперматозоидов, крупные размеры яйцеклетки, выработка гамонов, капацитация - способность к акросомной реакции (растворение яйцевых оболочек под действием протеолитических ферментов). Активация яйцеклетки. Участок мембраны сперматозоида проницаем для ионов натрия. Увеличение содержание ионов кальция, растворение кортикальных гранул, отслоение желточной оболочки, ее отвердевание - кортикальная реакция, предотвращение полиспермии, синтез белка на трансляционном уровне. Сингамия. Блок мейоза снимается, ядро сперматозоида видоизменяется, образуется общая метафазная пластинка. Наличие полового дифморфизма отражает различия в задачах, решаемых в процессе полового размножения мужской или женской гаметой, самцом или самкой. Развитие без оплодотворения. Естественный - на рсерве цитоплазмы и пронуклеуса яйцеклетки. Особи имеют либо гаплоидный, либо диплоидный набор хромомосом. В 1 случае в мейозе выпадает стадия редукции числа хромосом и яйцеклетка получается с диплоидным пронуклеусом. В других случаях диплоидизация происходит во время первого деления дробления, когда нет цитотомии. Редко, единственный способ размножения. Искусственный возможен у всех. Естественный чаще всего случается при незавершенном оплодотворении. Гиногенез -информация женского пронуклеуса, андрогенез у мужских особей.

16. Биологический аспект репродукции человека.

17. Предмет, задачи, методы генетики. Этапы развития генетики генетики для медицины.

Генетика—- наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В ее основу легли закономерности наследственности, установленные выдающимся чешским ученым Грегором Менделем (1822—1884) при скрещивании различных сортов гороха. Наследственность — это неотъемлемое свойство всех живых существ сохранять и передавать в ряду поколений характерные для вида или популяции особенности строения, функционирования и развития. Наследственность обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе передачи наследственных задатков, ответственных за формирование признаков и свойств организма. Благодаря наследственности некоторые виды (например, кистеперая рыба латимерия, жившая в девонском периоде) оставались почти неизменными на протяжении сотен миллионов лет, воспроизводя за это время огромное количество поколений. В то же время в природе существуют различия между особями как разных видов, так и одного и того же вида, сорта, породы и т. д. Это свидетельствует о том, что наследственность неразрывно связана с изменчивостью. Изменчивость — способность организмов в процессе онтогенеза приобретать новые признаки и терять старые. Изменчивость выражается в том, что в любом поколении отдельные особи чем-то отличаются и друг от друга, и от своих родителей. Причиной этого является то, что признаки и свойства любого организма есть результат взаимодействия двух факторов: наследственной информации, полученной от родителей, и конкретных условий внешней среды, в которых шло индивидуальное развитие каждой особи. Поскольку условия среды никогда не бывают одинаковыми даже для особей одного вида или сорта (породы), становится понятным, почему организмы, имеющие одинаковые генотипы, часто заметно отличаются друг от друга по фенотипу, т. е. по внешним признакам. Таким образом, наследственность, будучи консервативной, обеспечивает сохранение признаков и свойств организмов на протяжении многих поколений, а изменчивость обусловливает формирование новых признаков в результате изменения генетической информации или условий внешней среды. Задачи генетики вытекают из установленных общих закономерностей наследственности и изменчивости. К этим задачам относятся исследования: 1) механизмов хранения и передачи генетической информации от родительских форм к дочерним; 2) механизма реализации этой информации в виде признаков и свойств организмов в процессе их индивидуального развития под контролем генов и влиянием условий внешней среды; 3) типов, причин и механизмов изменчивости всех живых существ; 4) взаимосвязи процессов наследственности, изменчивости и отбора как движущих факторов эволюции органического мира. Генетика является также основой для решения ряда важнейших практических задач. К ним относятся: 1) выбор наиболее эффективных типов гибридизации и способов отбора; 2) управление развитием наследственных признаков с целью получения наиболее значимых для человека результатов; 3) искусственное получение наследственно измененных форм живых организмов; 4) разработка мероприятий по защите живой природы от вредных мутагенных воздействий различных факторов внешней среды и методов борьбы с наследственными болезнями человека, вредителями сельскохозяйственных растений и животных; 5) разработка методов генетической инженерии с целью получения высокоэффективных продуцентов биологически активных соединений, а также для создания принципиально новых технологий в селекции микроорганизмов, растений и животных. При изучении наследственности и изменчивости на разных уровнях организации живой материи (молекулярный, клеточный, организменный, популяционный) в генетике используют разнообразные методы современной биологии: гибридологический, цитогенетический, биохимический, генеалогический, близнецовый, мутационный и др. Однако среди множества методов изучения закономерностей наследственности центральное место принадлежит гибридологическому методу. Суть его заключается в гибридизации (скрещивании) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам, с последующим анализом потомства. Этот метод позволяет анализировать закономерности наследования и изменчивости отдельных признаков и свойств организма при половом размножении, а также изменчивость генов и их комбинирование. Первый этап ознаменовался открытием Г. Менделем (1865) дискретности (делимости) наследственных факторов и разработкой гибридологического метода, изучения наследственности, т. е. правил скрещивания организмов и учета признаков у их потомства. Дискретность наследственности состоит в том, что отдельные свойства и при знаки организма развиваются под контролем наследственных факторов (генов), которые при слиянии гамет и образовании зиготы не смешиваются, не растворяются, а при формировании новых гамет наследуются независимо друг от друга. Значение открытий Г. Менделя оценили после того, как его законы были вновь переоткрыты в 1900 г. тремя биологами независимо друг от друга: де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. Результаты гибридизации, полученные в первое-I десятилетие XX в. на различных растениях и животных, полностью подтвердили менделевские законы наследования признаков и показали их универсальный характер по отношению ко всем организмам, размножающимся половым путем. Закономерности наследования признаков в этот период изучались на уровне целостного организма (горох, кукуруза, мак, фасоль, кролик, мышь и др.). Менделевские законы наследственности заложили основу теории гена — величайшего открытия естествознания XX в., а генетика превратилась в быстро развивающуюся отрасль биологии. В 1901 —1903 гг. де Фриз выдвинул мутационную теорию изменчивости, которая сыграла большую роль в дальнейшем развитии генетики. Важное значение имели работы датского ботаника В. Иоганнсена, который изучал закономерности наследования на чистых линиях фасоли. Он сформулировал также понятие “популяциям (группа организмов одного вида, обитающих и размножающихся на ограниченной территории), предложил называть менделевские “наследственные факторы” словом ген, дал определения понятий “генотип” и “фенотип”. Второй этап характеризуется переходом к изучению явлений наследственности на клеточном уровне (питоге-нетика). Т. Бовери (1902—1907), У. Сэттон и Э. Вильсон (1902—1907) установили взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления (митоз) и созревания половых клеток (мейоз). Развитие учения о клетке привело к уточнению строения, формы и количества хромосом и помогло установить, что гены, контролирующие те или иные признаки, не что иное, как участки хромосом. Это послужило важной предпосылкой утверждения хромосомной теории наследственности. Решающее значение в ее обосновании имели исследования, проведенные на мушках дрозофилах американским генетиком Т. Г. Морганом и его сотрудниками (1910—1911). Ими установлено, что гены расположены в хромосомах в линейном порядке, образуя группы сцепления. Число групп сцепления генов соответствует числу пар гомологичных хромосом, и гены одной группы сцепления могут перекомбинироваться в процессе мейоза благодаря явлению кроссинго-вера, что лежит в основе одной из форм наследственной комбинативной изменчивости организмов. Морган установил также закономерности наследования признаков, сцепленных с полом. Третий этап в развитии генетики отражает достижения молекулярной биологии и связан с использованием методов и принципов точных наук — физики, химии, математики, биофизики и др.—в изучении явлений жизни на уровне молекул. Объектами генетических исследований стали грибы, бактерии, вирусы. На этом этапе были изучены взаимоотношения между генами и ферментами и сформулирована теория “один ген — один фермент” (Дж. Бидл и Э. Татум, 1940): каждый ген контролирует синтез одного фермента; фермент в свою очередь контролирует одну реакцию из целого ряда биохимических превращений, лежащих в основе проявления внешнего или внутреннего признака организма. Эта теория сыграла важную роль в выяснении физической природы гена как элемента наследственной информации. В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон, опираясь на результаты опытов генетиков и биохимиков и на данные рентгеноструктурного анализа, создали структурную модель ДНК в форме двойной спирали. Предложенная ими модель ДНК хорошо согласуется с биологической функцией этого соединения: способностью к самоудвоению генетического материала и устойчивому сохранению его в поколениях — от клетки к клетке. Эти свойства молекул ДНК объяснили и молекулярный механизм изменчивости: любые отклонения от исходной структуры гена, ошибки самоудвоения генетического материала ДНК, однажды возникнув, в дальнейшем точно и устойчиво воспроизводятся в дочерних нитях ДНК. В последующее десятилетие эти положения были экспериментально подтверждены: уточнилось понятие гена, был расшифрован генетический код и механизм его действия в процессе синтеза белка в клетке. Кроме того, были найдены методы искусственного получения мутаций и с их помощью созданы ценные сорта растений и штаммы микроорганизмов — продуцентов антибиотиков, аминокислот. В последнее десятилетие возникло новое направление в молекулярной генетике —генная инженерия — система приемов, позволяющих биологу конструировать искусственные генетические системы. Генная инженерия основывается на универсальности генетического кода: триплеты нуклеотидов ДНК программируют включение аминокислот в белковые молекулы всех организмов — человека, животных, растений, бактерий, вирусов. Благодаря этому можно синтезировать новый ген или выделить его из одной бактерии и ввести его в генетический аппарат другой бактерии, лишенной такого гена. Таким образом, третий, современный этап развития генетики открыл огромные перспективы направленного вмешательства в явления наследственности и селекции растительных и животных организмов, выявил важную роль генетики в медицине, в частности, в изучении закономерностей наследственных болезней и физических аномалий человека.

18. Наследственность и изменчивость - фундаментальные свойства живого, их диалектическое единство. Общее понятие о генетическом материале и его свойствах: изменение, репарация, передача, реализация генетической информации.

Наследственность — свойство клеток или организмов в процессе самовоспроизведения передавать новому поколению способность к определенному типу обмена веществ и индивидуального развития, в ходе которого у них формируется общие признаки и свойства данного типа клеток и видов организмов, а также некоторые индивидуальные особенности родителей. Изменчивость — свойство живых систем приобретать изменения и существовать в различных вариантах. Несмотря на то, что по своим результатам наследственность и изменчивость разнонаправлены, в живой природе эти два фундаментальных свойства образуют неразрывное единство, чем достигается одновременно сохранение в процессе эволюции имеющихся биологически целесообразных качеств и возникновение новых, делающих возможным существование жизни в разнообразных условиях. Таким образом, частичный материал должен обладать способностью к самовоспроизведению, чтобы в процессе размножения передавать наследственную информацию, на основе которой будет осуществлено формирование нового поколения. Для обеспечения устойчивости характеристик в ряду поколений наследственный материал должен сохранять постоянно свою организацию. Также он должен обладать способностью приобретать изменения и воспроизводить их, обеспечивая возможность исторического развития живой материи в имеющихся условиях. Репарация — молекулярное восстановление. Механизм репарации основан на наличие в молекуле ДНК двух комплементарных цепей. Искажение последовательности нуклеотидов в одной из них обнаруживается специфическими ферментами. Затем соответствующий участок удаляется и замещается новым, синтезированным на второй комплементарной цепи ДНК. Каждая хромосома представляет собой группу сцепления, их число равно гаплоидному набору хромосом. Диплоидный набор хромосом содержит 46 хромосом.

19. Человек как специфический объект генетического анализа. Методы изучения наследственности человека..

Генетика человека - одна из важных теоретических основ современной медицины. Исследование генетики человека связано с большими трудностями. невозможность экспериментального скрещивания, медленная смена поколений, малое количество потомков в семье, у человека сложный кариотип, большое число групп сцепления. Невозможность экспериментального скрещивания компенсируется тем, что исследователь, наблюдая обширную человеческую популяцию, может выбрать из тысяч брачных пар те, которые необходимы для генетического анализа. Различают нелабораторные методы (клинико-генеалогический, дерматоглифический, близнецовый) и лабораторные (цитогенетический, метод гибридных клеток, метод гибридизации in situ, linkage-анализ).

20. Значение генетики для медицины. Основные этапы развития медицинской генетики.

Прогресс в развитии медицины и общества приводит к относительному возрастанию доли генетически обусловленной патологии в заболеваемости, смертности, социальной дизадаптации (инвалидизации). Известно более 4000 нозологических форм наследственных болезней. Около 5-5,5% детей рождаются с наследственными или врождёнными болезнями. С возрастом меняется «профиль» наследственной патологии, но «груз» патологии не уменьшается. Хотя частота тяжёлых форм наследственных болезней снижается за счёт летальности в детском возрасте, в пубертатном периоде и позже проявляются новые болезни. После 20-30 лет начинают проявляться болезни с наследственной предрасположенностью. Половина спонтанных абортов обусловлена генетическими причинами. Не менее 30% перинатальной и неонатальной смертности обусловлено врождёнными пороками развития и наследственными болезнями с другими проявлениями. Анализ причин детской смертности в целом также показывает существенное значение генетических факторов. Не менее 25% всех больничных коек занято пациентами, страдающими болезнями с наследственной предрасположенностью. Как известно, значительная доля социальных расходов в развитых странах идёт на обеспечение инвалидов с детского возраста. Огромна роль генетических факторов в этиологии и патогенезе инвалидизирующих состояний в детском возрасте. Доказана существенная роль наследственной предрасположенности в возникновении широко распространённых болезней (ишемическая болезнь сердца, эссенциальная гипертензия, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, псориаз, бронхиальная астма и др.). Следовательно, для лечения и профилактики этой группы болезней, встречающихся в практике врачей всех специальностей, необходимо знать механизмы взаимодействия средовых и наследственных факторов в их возникновении и развитии. Медицинская генетика помогает понять взаимодействие биологических и средовых факторов (включая специфические) в патологии человека. Человек сталкивается с новыми факторами среды, ранее никогда не встречавшимися на протяжении всей его эволюции, испытывает большие нагрузки социального и экологического характера (избыток информации, стрессы, загрязнение атмосферы и др.). В то же время в развитых странах улучшается медицинское обслуживание, повышается уровень жизни, что меняет направленность и интенсивность отбора. Новая среда может повысить уровень мутационного процесса или изменить проявляемость генов. И то и другое приведёт к дополнительному появлению наследственной патологии. Знание основ медицинской генетики позволяет врачу понимать механизмы индивидуального течения болезни и выбирать соответствующие методы лечения. На основе медико-генетических знаний приобретаются навыки диагностики наследственных болезней, а также появляется умение направлять пациентов и членов их семей на медико-генетическое консультирование для первичной и вторичной профилактики наследственной патологии. Приобретение медико-генетических знаний способствует формированию чётких ориентиров в восприятии новых медико-биологических открытий, что для врачебной профессии необходимо в полной мере, поскольку прогресс науки быстро и глубоко изменяет клиническую практику. Наследственные болезни длительное время не поддавались лечению, а единственным методом профилактики была рекомендация воздержаться от деторождения. Эти времена прошли. Современная медицинская генетика вооружила клиницистов методами ранней, досимптомной (доклинической) и даже пренатальной диагностики наследственных болезней. Интенсивно развиваются и в некоторых центрах уже применяются методы преимплантационной (до имплантации зародыша) диагностики. Понимание молекулярных механизмов патогенеза наследственных болезней и высокие медицинские технологии обеспечили успешное лечение многих форм патологии. Сложилась стройная система профилактики наследственных болезней: медико-генетическое консультирование, преконцепционная профилактика, пренатальная диагностика, массовая диагностика у новорождённых наследственных болезней обмена, поддающихся диетической и лекарственной коррекции, диспансеризация больных и членов их семей. Внедрение этой системы обеспечивает снижение частоты рождения детей с врождёнными пороками развития и наследственными болезнями на 60-70%. Врачи и организаторы здравоохранения могут активно участвовать в реализации достижений медицинской генетики. Таким образом, в истории медицинской генетики можно выделить несколько основных этапов: открытие законов Г. Менделя и изучение наследственности на уровне целостного организма; изучение генетики на хромосомном уровне и открытие сцепленного наследования Т. Морганом и его учениками; начало развитию современной генетики популяции дали теоретические и экспериментальные работы С.С. Четверикова; развитие молекулярной генетики началось с построения пространственной структуры молекул ДНК Д. Уотсоном и Ф. Криком. В настоящее время наследственность изучается на всех уровнях: молекулярном, клеточном, организменном и популяционном.

21. Генеалогический метод, цели, задачи, этапы исследования.

Предложен Гальтоном, основан на прослеживании нормального или патологического признака в ряду поколений с указанием родственных связей между членами родословной. Демонстрирует генетическую гетерогенность многих заболеваний. 1 этап: составление родословной (составление легенды, фенотипический анализ, графическая запись генеалогического древа); 2 этап: генеалогический анализ. При составлении родословных исходным является человек — пробанд, родословную которого изучают. Обычно это или больной, или носитель определенного признака, наследование которого необходимо изучить. При составлении родословных таблиц используют условные обозначения, предложенные Г. Юстом в 1931 г. Поколения обозначают римскими цифрами, индивидов в данном поколении — арабскими. С помощью генеалогического метода может быть установлена наследственная обусловленность изучаемого признака, а также тип его наследования (аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, X-сцепленный доминантный или рецессивный, Y-сцепленный). При анализе родословных по нескольким признакам может быть выявлен сцепленный характер их наследования, что используют при составлении хромосомных карт. Этот метод позволяет изучать интенсивность мутационного процесса, оценить экспрессивность и пенетрантность аллеля. Он широко используется в медико-генетическом консультировании для прогнозирования потомства. Однако необходимо отметить, что генеалогический анализ существенно осложняется при малодетности семей. Для аутосомного типа наследования в целом характерна равная вероятность встречаемости данного признака как у мужчин, так и у женщин. Это обусловлено одинаковой двойной дозой генов, расположенных в аутосомах у всех представителей вида и получаемых от обоих родителей, и зависимостью развивающегося признака от характера взаимодействия аллельных генов. При доминировании признака в потомстве родительской пары, где хотя бы один родитель является его носителем, он проявляется с большей или меньшей вероятностью в зависимости от генетической конституции родителей. Если анализируется признак, не влияющий на жизнеспособность организма, то носители доминантного признака могут быть как гомо-, так и гетерозиготами. В случае доминантного наследования какого-то патологического признака (заболевания) гомозиготы, как правило, нежизнеспособны, а носители этого признака — гетерозиготы. Таким образом, при аутосомно-доминантном наследовании признак может встречаться в равной мере у мужчин и у женщин и прослеживается при достаточном по численности потомстве в каждом поколении по вертикали. Анализируя родословные, необходимо помнить о возможности неполного пенетрирования доминантного аллеля, обусловленной взаимодействием генов или факторами среды. Показатель пенетрантности может быть вычислен как отношение фактического числа носителей признака к числу ожидаемых носителей этого признака в данной семье. Необходимо также помнить, что некоторые заболевания проявляются не сразу с момента рождения ребенка. Многие болезни, наследуемые по доминантному типу, развиваются лишь в определенном возрасте. Так, хорея Гентингтона клинически проявляется к 35—40 годам, поздно проявляется и поликистоз почек. Поэтому при прогнозировании подобных заболеваний в расчет не принимаются братья и сестры, не достигшие критического возраста. Первое описание родословной с аутосомно-доминантным типом наследования аномалии у человека было дано в 1905 г. В ней прослеживается передача в ряду поколений брахидактилии (короткопалости). Рецессивные признаки проявляются фенотипически лишь у гомозигот по рецессивным аллелям. Эти признаки, как правило, обнаруживаются у потомков фенотипически нормальных родителей — носителей рецессивных аллелей. Вероятность появления рецессивного потомства в этом случае равна 25%. Если один из родителей имеет рецессивный признак, то вероятность проявления его в потомстве будет зависеть от генотипа другого родителя. У рецессивных родителей все потомство унаследует соответствующий рецессивный признак. Для родословных при аутосомно-рецессивном типе наследования характерно, что признак проявляется далеко не в каждом поколении. Чаще всего рецессивное потомство появляется у родителей с доминантным признаком, причем вероятность появления такого потомства возрастает в близкородственных браках, где оба родителя могут являться носителями одного и того же рецессивного аллеля, полученного от общего предка. Примером аутосомно-рецессивного наследования является родословная семьи с псевдогипертрофической прогрессивной миопатией, в которой часты близкородственные браки. Гены, расположенные в Х-хромосоме и не имеющие аллелей в Y-хромосоме, представлены в генотипах мужчин и женщин в разных дозах. Женщина получает две свои Х-хромосомы и соответствующие гены как от отца, так и от матери, а мужчина наследует свою единственную Х-хромосому только от матери. Развитие соответствующего признака у мужчин определяется единственным аллелем, присутствующим в его генотипе, а у женщин он является результатом взаимодействия двух аллельных генов. В связи с этим признаки, наследуемые по Х-сцепленному типу, встречаются в популяции с разной вероятностью у мужского и женского пола. При доминантном Х-сцепленном наследовании признак чаще встречается у женщин в связи с большей возможностью получения ими соответствующего аллеля либо от отца, либо от матери. Мужчины могут наследовать этот признак только от матери. Женщины с доминантным признаком передают его в равной степени дочерям и сыновьям, а мужчины — только дочерям. Сыновья никогда не наследуют от отцов доминантного Х-сцепленного признака. Примером такого типа наследования служит описанная в 1925 г. родословная с фолликулярным кератозом —кожным заболеванием, сопровождающимся потерей ресниц, бровей, волос на голове. Характерной особенностью родословных при данном типе наследования является преимущественное проявление признака у гемизиготных мужчин, которые наследуют его от матерей с доминантным фенотипом, являющихся носительницами рецессивного аллеля. Как правило, признак наследуется мужчинами через поколение от деда по материнской линии к внуку. У женщин он проявляется лишь в гомозиготном состоянии, вероятность чего возрастает при близкородственных браках. Наиболее известным примером рецессивного Х-сцепленного наследования является гемофилия. Наследование гемофилии типа А представлено в родословной потомков английской королевы Виктории. Наличие Y-хромосомы только у представителей мужского пола объясняет особенности Y-сцепленного, или голандриче-ского, наследования признака, который обнаруживается лишь у мужчин и передается по мужской линии из поколения в поколение от отца к сыну.

22. Близнецовый метод изучения наследственности человека.

Метод исследования генетических закономерностей на близнецах. Используется для выяснения наследственной обусловленности признаков и хорошо демонстрирует взаимоотношения между генотипом и внешней средой. С помощью этого метода удалось оценить значимость генетической предрасположенности ко многим заболеваниям, пенетрантность и экспрессивность, условия проявления тех или иных видов патологии. Количественная оценка степени генетической детерминированности отдельных признаков. Устанавливает наследственный характер признаков, выявляет соотносительную роль генетических и средовых факторов в формировании признака. Конкордантность (показатели соответствия) и дискордантность (несоответствия), вычисление частоты возникновения заболевания в каждой группе близнецов. 1 этап: определение зиготности близнецов (полисимптомный метод, иммуногенетический, метод приживаемости кусочков кожи, дерматоглифика); 2 этап: сопоставление близнецов по анализируемым признакам; 3 этап: вычисление коэффициента наследственности и влияние среды по формуле Хольцингера:

Н= (% сходства МБ - % сходства ДБ)/(100 - % сходства ДБ) Этот метод заключается в изучении закономерностей наследования признаков в парах одно- и двуяйцевых близнецов. Он предложен в 1875 г. Гальтоном первоначально для оценки роли наследственности и среды в развитии психических свойств человека. В настоящее время этот метод широко применяют в изучении наследственности и изменчивости у человека для определения соотносительной роли наследственности и среды в формировании различных признаков, как нормальных, так и патологических. Он позволяет выявить наследственный характер признака, определить пенетрантность аллеля, оценить эффективность действия на организм некоторых внешних факторов (лекарственных препаратов, обучения, воспитания). Суть метода заключается в сравнении проявления признака в разных группах близнецов при учете сходства или различия их генотипов. Монозиготные близнецы, развивающиеся из одной оплодотворенной яйцеклетки, генетически идентичны, так как имеют 100% общих генов. Поэтому среди монозиготных близнецов наблюдается высокий процент конкордантных пар, в которых признак развивается у обоих близнецов. Сравнение монозиготных близнецов, воспитывающихся в разных условиях постэмбрионального периода, позволяет выявить признаки, в формировании которых существенная роль принадлежит факторам среды. По этим признакам между близнецами наблюдается дискордантность, т.е. различия. Напротив, сохранение сходства между близнецами, несмотря на различия условий их существования, свидетельствует о наследственной обусловленности признака. Сопоставление парной конкордантности по данному признаку у генетически идентичных монозиготных и дизиготных близнецов, которые имеют в среднем около 50% общих генов, дает возможность более объективно судить о роли генотипа в формировании признака. Высокая конкордантность в парах монозиготных близнецов и существенно более низкая конкордантность в парах дизиготных близнецов свидетельствуют о значении наследственных различий в этих парах для определения признака. Сходство показателя конкордантности у моно- и дизиготных близнецов свидетельствует о незначительной роли генетических различий и определяющей роли среды в формировании признака или развития заболевания. Достоверно различающиеся, но достаточно низкие показатели конкордантности в обеих группах близнецов дают возможность судить о наследственной предрасположенности к формированию признака, развивающегося под действием факторов среды. Установление соотносительной роли наследственности и среды в развитии различных патологических состояний позволяет врачу правильно оценить ситуацию и проводить профилактические мероприятия при наследственной предрасположенности к заболеванию или осуществлять вспомогательную терапию при его наследственной обусловленности. Трудности близнецового метода связаны, во-первых, с относительно низкой частотой рождения близнецов в популяции (1:86—1:88), что осложняет подбор достаточного количества пар с данным признаком; во-вторых, с идентификацией монозиготности близнецов, что имеет большое значение для получения достоверных выводов. Для идентификации монозиготности близнецов применяют ряд методов. 1. Полисимптомный метод сравнения близнецов по многим морфологическим признакам (пигментации глаз, волос, кожи, форме волос и особенностям волосяного покрова на голове и теле, форме ушей, носа, губ, ногтей, тела, пальцевым узорам). 2. Методы, основанные на иммунологической идентичности близнецов по эритроцитарным антигенам (системы АВО, MN, резусу), по сывороточным белкам (γ-глобулину). 3. Наиболее достоверный критерий монозиготности предоставляет трансплантационный тест с применением перекрестной пересадки кожи близнецов. Несмотря на трудоемкость близнецового метода и возможность ошибок при определении монозиготности близнецов, высокая объективность выводов делает его одним из широко применяемых методов генетических исследований у человека.

23. Дерматоглифика как экспресс-метод в диагностике наследственной патологии.

Изучение рельефа кожи на пальцах, ладонях и подошвенных поверхностях ног. Там имеются тонкие эпидермальные гребни, образующие сложные, правильные папиллярные узоры. Закладка узоров на пальцах и ладонях происходит между 6 и 19 неделями внутриутробного развития, заканчивается к 5-6 месяцу. На подошвах начинается на 2-3 недели позднее. Дактилоскопия - изучение узоров на подушечках пальцев. Пальмоскопия - рисунки на ладонях. Плантоскопия - на подошвенной поверхности стопы. Выясняет хромосомные нарушения и врожденные пороки развития, доступен при любых условиях, не требует дорогостоящего оборудования. В 1892 г. Ф. Гальтоном в качестве одного из методов исследования человека был предложен метод изучения кожных гребешковых узоров пальцев и ладоней, а также сгибательных ладонных борозд. Он установил, что указанные узоры являются индивидуальной характеристикой человека и не изменяются в течение его жизни. Ф. Гальтон уточнил и дополнил классификацию рельефа кожных узоров, основы которой были разработаны Я. Пуркинье еще в 1823 г. Позднее классификацию Гальтона усовершенствовали ряд ученых; она и сейчас широко используется в криминалистике и генетических исследованиях. В настоящее время установлена наследственная обусловленность кожных узоров, хотя характер наследования окончательно не выяснен. Вероятно, этот признак наследуется по полигенному типу. На характер пальцевого и ладонного узоров организма большое влияние оказывает мать через механизм цитоплазматической наследственности. Дерматоглифические исследования важны при идентификации зиготности близнецов. Считают, что если из 10 пар гомологичных пальцев не менее 7 имеют сходные узоры, это указывает на однояйцевость. Сходство узоров лишь 4—5 пальцев свидетельствует в пользу разнояйцевости близнецов. Изучение людей с хромосомными болезнями выявило у них специфические изменения не только рисунков пальцев и ладоней, но и характера основных сгибательных борозд на коже ладоней. Характерные изменения этих показателей наблюдаются при болезни Дауна, при синдромах Клайнфельтера, Шерешевского — Тернера, что позволяет использовать методы дерматоглифики и пальмоскопии в диагностике этих заболеваний. Определяются специфические Дерматоглифические изменения и при некоторых хромосомных аберрациях, например при синдроме «кошачьего крика». Менее изучены Дерматоглифические изменения при генных болезнях. Однако описаны специфические отклонения этих показателей при шизофрении, миастении, лимфоид-ной лейкемии.

Применяют эти методы и с целью установления отцовства.

24. Цитогенетический метод. Классификация хромосом человека. Кариотип и идиограмма хромосом человека.

Можно провести анализ материальных основ наследственности и кариотипа человека в норме и при патологии, изучить некоторые закономерности мутационного и эволюционного процессов. Термен введен Саттоном в 1903. Показания: подозрения на хромосомную болезнь по клинической симптоматике, наличие у ребенка множественных врожденных пороков развития, не относящихся к генному синдрому., многократные спонтанные аборты, мертворождения или рождения детей с врожденными пороками развития, нарушение репродуктивной функции неясного генеза у женщин и мужчин, существенная задержка умственного и физического развития у ребенка, пренатальная диагностика, подозрение на синдромы, характеризующиеся хромосомной нестабильностью, лейкозы, оценка мутагенных воздействий. Этапы: культивирование клеток человека на искусственных питательных средах или взятие живого материала для анализа; стимуляция митозов ФГА; добавление колхицина для остановки митоза на стадии метафазы; обработка клеток гипотоническим раствором; простое и дифференциальное окрашивание хромосом; изучение хромосом под микроскопом и фотографирование; вырезание отдельных хромосом и построение идиограммы. Цитогенетический метод основан на микроскопическом изучении хромосом в клетках человека. Его стали широко применять в исследованиях генетики человека с 1956 г., когда шведские ученые Дж. Тийо и А. Леван, предложив новую методику изучения хромосом, установили, что в кариотипе человека 46, а не 48 хромосом, как считали ранее. Современный этап в применении цитогенетического метода связан с разработанным в 1969 г. Т. Касперсоном методом дифференциального окрашивания хромосом, который расширил -возможности цитогенетического анализа, позволив точно идентифицировать хромосомы по характеру распределения в них окрашиваемых сегментов. Применение цитогенетического метода позволяет не только изучать нормальную морфологию хромосом и кариотипа в целом, определять генетический пол организма, но, главное, диагностировать различные хромосомные болезни, связанные с изменением числа хромосом или с нарушением их структуры. Кроме того, этот метод позволяет изучать процессы мутагенеза на уровне хромосом и кариотипа. Применение его в медико-генетическом консультировании для целей пренатальной диагностики хромосомных болезней дает возможность путем своевременного прерывания беременности предупредить появление потомства с грубыми нарушениями развития. Материалом для цитогенетических исследований служат клетки человека, получаемые из разных тканей,—лимфоциты периферической крови, клетки костного мозга, фибробласты, клетки опухолей и эмбриональных тканей и др. Непременным требованием для изучения хромосом является наличие делящихся клеток. Непосредственное получение таких клеток из организма затруднено, поэтому чаще используют легкодоступный материал, каковым являются лимфоциты периферической крови. В норме эти клетки не делятся, однако специальная обработка их культуры фитогемагглютинином возвращает их в митотический цикл. Накопление делящихся клеток в стадии метафазы, когда хромосомы максимально спирализованы и хорошо видны в микроскоп, достигается обработкой культуры колхицином или колцемидом, разрушающим веретено деления и препятствующим расхождению хроматид. Микроскопирование мазков, приготовленных из культуры таких клеток, позволяет визуально наблюдать хромосомы. Фотографирование метафазных пластинок и последующая обработка фотографий с составлением кариограмм, в которых хромосомы выстроены парами и распределены по группам, позволяют установить общее число хромосом и обнаружить изменения их количества и структуры в отдельных парах.

25. Характеристика методов дифференциального окрашивания хромосом.

Методы дифференциального окрашивания показали, что каждая хромосома имеет свой порядок чередования неокрашенных, светло- и темноокрашенных дисков. Под дифференциальной окрашиваемостью понимают способность хромосом к избирательному окрашиванию по длине без прижизненной модификации какими-либо воздействиями. Выявляет геномные и хромосомные мутации. Короткое плечо - p, длинное - q. Каждое плечо разделяют на районы, нумеруемые по порядку от центромеры к теломере. Дифференциальное окрашивание обеспечивается воздействием на фиксированные хромосомынекоторых солевых растворов со строго заданным значением рН и определенным температурным режимом и с последующей окраской флюоресцирующими или основными красителями типа раствора Гимзы. При этом выявляется структурная дифференцировка хромосом по длине, выражающаяся в виде чередования эу- и гетерохроматиновых районов. Q-segments - флюоресцируют после окрашивания акрихин-ипритом; G-сегменты - выявляются при окрашивании красителем Гимзы; R-сегменты - тепловая денатурация; С-сегменты - прицентромерные районы, Т-сегменты - в теломерных районах хромосом. Кариотип человека представлен 46 хромосомами. А - 1,2,3 - 1 и 3 - крупные метацентрические, 2 - крупная субметацентрическая; В - 4,5 - крупные субметацентрические; С - 6-12, Х - средние субметацентрические, хромосома Х по размерам сходна с 6 и 7; D - 13-15 - средние акроцентрические, хромосомы 13 и 14 чаще, 15 реже содержат спутник на конце короткого плеча; Е - 16-18 - мелкие метацентрические или субметацентрические, 18 - акроцентрические; F - 19, 20 - самые мелкие метацентрические; G - 21.22, У - самые мелкие акроцентрические, 21 и 22 несут на коротком плече хорошо выраженные спутники.

26. Тест полового хроматина и его применение.

Плотно окрашивающееся тельце, обнаружмваемое в неделящихся интерфазных ядрах клеток. Для установления пола ребенка. Ьельца Барра (небрльшие образования по краям ядра внутри ядерной оболочки, окрашивающиеся при воздействии на него основных красителей; напоминающий барабанные палочки придаток ядра в нейтрофилах. Х-хроматин - прилегает к ядерной оболчке, имеет треугольную, полулунную или округлую форму; У-хроматин меньшего размера, выявляется при исследовании в УФ. В качестве экспресс-метода, выявляющего изменение числа половых хромосом, используют метод определения полового хроматина в неделящихся клетках слизистой оболочки щеки. Половой хроматин, или тельце Барра, образуется в клетках женского организма одной из двух Х-хромосом. Оно выглядит как интенсивно окрашенная глыбка, расположенная у ядерной оболочки. При увеличении количества Х-хромосом в кариотипе организма в его клетках образуются тельца Барра в количестве на единицу меньше числа Х-хромосом. При уменьшении числа Х-хромосом (моносомия X) тельце Барра отсутствует. В мужском кариотипе Y-хромосома может быть обнаружена по более интенсивной по сравнению с другими хромосомами люминесценции при обработке их акрихинипритом и изучении в ультрафиолетовом свете.

27. Характеристика методов пренатальной диагностики.

Скрининговые методы позволяют выявить женщин, имеющих повышенный риск рождения ребенка с наследственной или врожденной болезнью. Определение маркерных соединений в крови матери. Определение альфа-фетопротеина, основного компонента фетальной сыворотки на ранних стадиях беременности. Определение хорионического гонадотропина, при синдроме Дауна уровень повышается, при Эдвардсе снижается. Определение несвязанного эстриола, определение ингибина А. Неинвазионные методы. УЗИ (ультрасонография, эхография) основано на способности ультразвуковой волны отражаться от поверхности двух сред разной плотности. На 6-24 неделе беременности. Фетоскопия (амниоскопия) - метод визуального наблюдения плода в полости матки через эластичный зонд, оснащенный оптической системой. Инвазионные методы. Метод биопсии хориона. Через брюшную стенку или через шейку матки. Амниоцентез - на 15-16 неделе. Пол плода, кариотип, диагностировать нарушения обмена веществ. Брюшную стенку и матку иглой. Кордоцентез - взятие крови из пуповины.

28. Биохимические методы. Понятие о скрининг-программах.

Скрининговые методы позволяют выявить женщин, имеющих повышенный риск рождения ребенка с наследственной или врожденной болезнью. Определение маркерных соединений в крови матери. Определение альфа-фетопротеина, основного компонента фетальной сыворотки на ранних стадиях беременности. Определение хорионического гонадотропина, при синдроме Дауна уровень повышается, при Эдвардсе снижается. Определение несвязанного эстриола, определение ингибина А. В отличие от цитогенетического метода, который позволяет изучать структуру хромосом и кариотипа в норме и диагностировать наследственные болезни, связанные с изменением их числа и нарушением организации, наследственные заболевания, обусловленные генными мутациями, а также полиморфизм по нормальным первичным продуктам генов изучают с помощью биохимических методов. Впервые эти методы стали применять для диагностики генных болезней еще в начале XX в. В последние 30 лет их широко используют в поиске новых форм мутантных аллелей. С их помощью описано более 1000 врожденных болезней обмена веществ. Для многих из них выявлен дефект первичного генного продукта. Наиболее распространенными среди таких заболеваний являются болезни, связанные с дефектностью ферментов, структурных, транспортных или иных белков. Дефекты структурных и циркулирующих белков выявляются при изучении их строения. Так, в 60-х гг. XX в. был завершен анализ (3-глобино-вой цепи гемоглобина, состоящей из 146 аминокислотных остатков. Установлено большое разнообразие гемоглобинов у человека, связанное с изменением структуры его пептидных цепей, что нередко является причиной развития заболеваний .Дефекты ферментов устанавливают путем определения содержания в крови и моче продуктов метаболизма, являющихся результатом функционирования данного белка. Дефицит конечного продукта, сопровождающийся накоплением промежуточных и побочных продуктов нарушенного метаболизма, свидетельствует о дефекте фермента или его дефиците в организме. Биохимическую диагностику наследственных нарушений обмена проводят в два этапа. На первом этапе отбирают предположительные случаи заболеваний, на втором —более точными и сложными методами уточняют диагноз заболевания. Применение биохимических исследований для диагностики заболеваний в пренатальном периоде или непосредственно после рождения позволяет своевременно выявить патологию и начать специфические медицинские мероприятия, как, например, в случае фенилкетонурии. Для определения содержания в крови, моче или амниотической жидкости промежуточных, побочных и конечных продуктов обмена кроме качественных реакций со специфическими реактивами на определенные вещества используют хроматографические методы исследования аминокислот и других соединений.

29. Закономерности наследования, установленные Менделем. Менделирующие признаки человека.

Независимое наследование признаков было впервые описано Менделем в опытах на горохе, когда одновременно анализировалось наследование в ряду поколений цвета и формы горошин. Закон независимого наследования: разные пары признаков, определяемые неаллельными генами, передаются потомкам независимо друг от друга и комбинируются у них во всех возможных сочетаниях. Этому закону подчиняются только неаллельные гены, расположенные в негомологичных хромосомах. Закон единообразия первого поколения: потомки от скрещивания двух гомозиготных родителей, различающихся по доминантному и рецессивному вариантам данного признака, одинаковы и похожи на одного из них. Закон расщепления во втором поколении: Менделирующие признаки человека. Общие законы наследственности одинаковы для всех живых существ. Для человека характерны известные типы наследования признаков: доминантный и рецессивный, аутосомный и сцепленный с половыми хромосомами. Известно более 100 видов метаболических аномалий у человека, которые наследуются по меньделивской моногибридного схеме, например, галактоземия, фенилкетонурия, различные формы гемоглобинопатии и другие.

30. Сцепление генов. Кроссинговер. Генетические и цитологические карты хромосом.

Во всех примерах скрещивания, которые приводились выше, имело места независимое комбинирование генов, относящихся к различным аллель-ным парам. Оно возможно только потому, что рассматриваемые нами ге­ны локализованы в различных парах хромосом. Однако число генов зна­чительно превосходит число хромосом, следовательно, в каждой хромо­соме локализовано много генов, наследующихся совместно. Гены, лока­лизованные в одной хромосоме, называются группой сцепления. Нетрудно догадаться, что у каждого вида организмов число групп сцеп­ления равняется числу пар хромосом, т. е. у мухи-дрозофилы их 4, у го­роха - 7, у кукурузы - 10, у томата - 12 и т. д.Следовательно, установленный Менделем принцип независимого насле­дования и комбинирования признаков проявляется только тогда, когда гены, определяющие эти признаки, находятся в разных хромосомах (от­носятся к различным группам сцепления).Однако оказалось, что гены, находящиеся в одной хромосоме, сцепле­ны не абсолютно. Во время мейоза, при конъюгации хромосом, гомологич­ные хромосомы обмениваются частями. Этот процесс получил название кроссинговера, или перекреста. Кроссинговер может произой­ти в любом участке хромосомы, даже в нескольких местах одной хромо­сомы. Чем дальше расположены друг от друга локусы в одной хромосоме, тем чаще между ними следует ожидать перекрест и обмен участ­ками.У дрозофилы гены длины крыльев (нормальные V и короткие v) и ок­раски тела (серой В и черной Ь) локализованы в одной паре гомологич­ных хромосом, т. е. относятся к одной группе сцепления. Если муху, имеющую оба рецессивных гена (bbvv), скрестить с гомозиготной доми­нантной (BBVV), то в первом поколении все потомство окажется доми­нантным гетерозиготным (BbVv). Здесь еще нет никакого отличия от обычного дигибридного скрещивания. Чтобы узнать, какие гаметы обра­зует особь первого поколения, следует провести анализирующее скрещи­вание: скрестить гибридную самку с самцом, рецессивным по обоим ге­нам (т. е. черным короткокрылым).Если два гена, относящихся к различным аллельным парам, локализо­ваны в разных хромосомах, то у дигетерозитоты следует ожидать образо­вания четырех сортов гамет: 25% гамет BV, 25% Bv, 25% bV и 25% bv. В таком случае при анализирующем скрещивании должно получить ся и четыре типа потомков: серые длиннокрылые, серые короткокры­лые, черные длиннокрылые и черные короткокрылые, причем всех по­ровну.Однако такого расщепления в нашем примере не будет: гены В и V находятся в одной группе сцепления и оба доминантных гена локализо­ваны в одной хромосоме, а оба рецессивных - в другой гомологичной хромосоме, поэтому гены В и V независимо друг от друга комбинировать­ся не могут. При абсолютном сцеплении обоих генов следует ожидать только два сорта гамет: 50% BV и 50% bv, а при анализирующем скре­щивании - половину мух серых длиннокрылых и половину - черных короткокрылых. Но в данном случае и этого не произошло.Фактически гибридная самка в анализирующем скрещивании дает та­ких потомков:41,5% серых длиннокрылых        41,5% черных короткокрылых 8,5% черных  » 3,5% серых   » Преобладание серых длиннокрылых и черных короткокрылых мух ука­зывает на то, что гены BV и bv действительно сцеплены. Особи с таким фенотнпом образуются из гамет, где эти хромосомы не подвергались пе­рекресту. Но, с другой стороны, появление серых короткокрылых и чер­ных длиннокрылых говорит о том, что в известном числе случаев проис­ходит разрыв сцепления между генами В и V и генами b и v, это резуль­тат обмена частями хромосом.Обмен участками между гомологичными хромосомами имеет большое значение для эволюции, так как непомерно увеличивает возможности комбинативной изменчивости. Вследствие перекреста в процессе эво­люции отбор идет не по целым группам сцепления, а по отдельным ге­нам. Ведь в одной группе сцепления могут находиться гены, кодирующие наряду с полезными и вредные признаки. В результате перекреста полезные для организма гены могут быть отделены от вредных и, следо­вательно, возникнут более выгодные для существования вида генные ком­бинации.линейное расположение генов, генетические карты Существование кроссинговера позволило школе Моргана разработать в 1911-1914 гг. принцип построения генетических карт хромосом. В ос­нову этого принципа положено представление о расположении генов по длине хромосомы в линейном порядке. За единицу расстояния между двумя генами условились принимать 1 % перекреста между ним Допустим, что к одной группе сцепления относятся гены А и В. Между ними обнаружен перекрест в 10%. Следовательно, гены А и В находятся на расстоянии 10 единиц. Допустим далее, что к этой же группе сцепле­ния относится ген С Чтобы узнать его место в хромосоме, необходимо выяснить, какой процент перекреста он дает с обоими из двух уже из­вестных генов. Например, если с А он дает перекрест 3%, то можно пред­положить, что ген С находится либо между А и В, либо в противополож­ной стороне, т. е. А находится между С и В. Если между В и С окажется перекрест в 7%, то на хромосоме их следует расположить в таком по­рядке, как на верхней схеме рис. 50. Если же между В и С перекрест составит 13%, то расположение ге­нов в хромосоме должно быть, как на нижней схеме рис, 50. В общей форме эту закономерность можно выразить следующей фор­мулой: если гены А, В, С относятся к одной группе сцепления и расстоя­ние между генами А и В равно k-единицам, а расстояние между В и С - m-единицам, то расстояние между А и С может быть либо k+m, либо к-т. Наиболее подробные карты хромосом составлены для мухи-дрозофилы (рис. 50), давно ставшей классическим генетическим объектом. Из рас­тительных объектов сравнительно хорошо в этом отношении изучены ку­куруза и томаты, из животных наиболее полно-куры и мыши. Начато составление карт хромосом человека, но из возможных 23 групп сцепле­ния установлено еще только 5. Генетические Карты хромосомы строятся на основе гибридологического анализа. Однако найден способ построении и морфологических (цитоло­гических) карт хромосом для дрозофилы. Дело в том, что в клетках слюнных желез личинок мух обнаружены гигантские хромосомы, пре­вышающие размеры хромосом из других клеток в 100-200 раз и содер­жащие в 1000 раз больше хромонем (рис. 51). Оказалось, что в тех случаях, когда гибридологическим методом обнаруживались какие-либо нарушения наследования, то соответствующие им изменения имели ме­сто и в гигантских хромосомах. Так, в результате сопоставления гене­тических и цитологических данных стало возможным построить цитоло­гические карты хромосомы. Это открытие подтверждает правильность тех принципов, которые были положены в основу построения генетиче­ских карт хромосом

31. Основные положения хромосомной теории наследственности.

Термин был предложен Вальдейером, применившим его для обозначения внутриядерных структур эукариотической клетки, хорошо окрашивающихся основными красителями. совокупность генов, входящих в состав одной хромосомы, образует группу сцепления. Каждая хромосома уникальна по набору заключенных в ней генов. Число групп сцепления в наследственном материале организмов данного вида определяется количеством хромосом в гаплоидном наборе их половых клеток. Гены расположены линейно. Гены находятся в хромосомах.Каждая хромосома содержит несколько (множество) генов.Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно (сцепленно) и образуют группу сцепления.Хромосомы сохраняют свою целостность и индивидуальность в течение всего клеточного цикла, в связи с этим группы сцепления постоянны.Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом данного вида (у гетерогаметного пола больше на одну).Сцепление аллелей, расположенных в одной хромосоме, может нарушаться за счет кроссинговера.Гены расположены в хромосомах в линейной последовательности.Частота кроссинговера (нарушения сцепления) пропорциональна расстоянию между генами.

32. Наследование признаков человека, сцепленных с полом.

Наследование, сцепленное с полом — наследование какого-либо гена, находящегося в половых хромосомах. Наследование признаков, проявляющихся только у особей одного пола, но не определяемых генами находящимися в половых хромосомах,- называется наследованием, ограниченным полом.Наследованием, сцепленным с X-хромосомой, называют наследование генов в случае, когда мужской пол гетерогаметен и характеризуется наличием Y-хромосомы (XY), а особи женского пола гомогаметны и имеют две X-хромосомы (XX). Таким типом наследования обладают все млекопитающие (в том числе человек), большинство насекомых и пресмыкающихся.Наследованием, сцепленным с Z-хромосомой, называют наследование генов в случае, когда женский пол гетерогаметен и характеризуется наличием W-хромосомы (ZW), а особи мужского пола гомогаметны и имеют две Z-хромосомы (ZZ). Таким типом наследования обладают все представители класса птиц.Если аллель сцепленного с полом гена, находящегося в X-хромосоме или Z-хромосоме, является рецессивным, то признак, определяемый этим геном, проявляется у всех особей гетерогаметного пола, которые получили этот аллель вместе с половой хромосомой, и у гомозиготных по этому аллелю особей гомогаметного пола. Это объясняется тем, что вторая половая хромосома (Y или W) у гетерогаметного пола не несет аллелей большинства или всех генов, находящихся в парной хромосоме.Таким признаком гораздо чаще будут обладать особи гетерогаметного пола. Поэтому заболеваниями, которые вызываются рецессивными аллелями сцепленных с полом генов, гораздо чаще болеют мужчины, а женщины часто являются носителями таких аллелей.

33. Механизмы генотипического определения и дифференциации признака пола в развитии.

Важным доказательством в пользу наследственной детерминированности половой принадлежности организмов является наблюдаемое у большинства видов соотношение по полу 1:1 Такое соотношение может быть обусловлено образованием двух видов гамет представителями одного пола (гетерогаметный пол) и одного вида гамет — особями другого пола (гомогаметный пол). Это соответствует различиям в кариотипах организмов разных полов одного и того же вида, проявляющимся в половых хромосомах. У гомогаметного пола, имеющего одинаковые половые хромосомы XX, все гаметы несут гаплоидный набор аутосом плюс Х-хромосому. У гетерогаметного пола в кариотипе кроме аутосом содержатся две разные или только одна половая хромосома (XY или ХО). Его представители образуют два вида гамет, различающиеся по гетерохромосомам: Х и Y или Х и 0. У разных видов организмов хромосомный механизм определения пола реализуется по-разному. У человека и других млекопитающих, а также у дрозофилы гомогаметным является женский пол (XX), а гетерогаметным — мужской (XY). У некоторых насекомых (клопы рода Protenor) гетерогаметный мужской пол имеет лишь одну Х-хромосому (ХО). У птиц и некоторых насекомых женский пол является гетерогаметным (XY), а мужской — гомогаметным (XX). У некоторых бабочек гетерогаметный женский пол имеет одну Х-хромосому (ХО). В большинстве выше описанных случаев пол вновь образующегося организма определяется сочетанием половых хромосом, возникающим в зиготе при оплодотворении. Таким образом, хромосомный механизм определения половой принадлежности организмов обеспечивает равновероятность встречаемости представителей обоих полов. Это имеет большой биологический смысл, так как обусловливает максимальную вероятность встречи самки и самца, потомки получают более разнообразную наследственную информацию, поддерживается оптимальная численность особей в популяции. Исследования, проведенные на дрозофиле, обнаружили незначительную роль Y-хромосомы в определении пола. Особи с кариотипом ХО внешне являются типичными самцами, но стерильными, а особи с кариотипом XXY — плодовитые самки. Y-хромосома у дрозофилы по размеру близка к Х-хромосоме, однако она генетически инертна, так как состоит в основном из гетерохроматина. В связи с этим первичное определение пола у дрозофилы обусловлено не столько сочетанием в зиготе Х- и Y-хромосом, сколько соотношением числа Х-хромосом и наборов аутосом (половой индекс). У нормальных самок половой индекс равен 1 (2Х:2А), у нормальных самцов — 0,5 (XY:2A). Увеличение полового индекса более 1 при увеличении дозы Х-хромосомы (ЗХ:2А) приводит к развитию сверхсамок, а величина этого показателя ниже 0,5 (XY:3A) обеспечивает появление самцов. При значениях полового индекса более 0,5, но менее 1 (2Х:ЗА) развиваются интерсексы. О значении дозы Х-хромосом в определении пола у дрозофилы свидетельствует развитие латерального гинандроморфизма у мух при утрате Х-хромосомы одной из клеток на стадии первого деления зиготы. В результате половина тела, развивающаяся из клетки с нормальным кариотипом (2АХХ), несет признаки самки, а другая половина, клетки которой лишены одной Х-хромосомы (2АХО), имеет признаки самца. гипотезы генного баланса, в соответствии с которой организм изначально бисексуален, т.е. несет в себе задатки и мужского, и женского полов. Развитие признаков одного из них в ходе онтогенеза определяется балансом женских и мужских генов — детерминаторов пола. У дрозофилы эти гены сосредоточены не только в половой Х-хромосоме, но и в аутосомах. Поэтому пол организма у них зависит от соотношения этих хромосом. У плодовой мухи Y-хромосома, будучи генетически инертной, в определении признаков пола не участвует. У человека Y-хромосома играет важную роль в детерминации пола. Она содержит определенное количество генов, часть из которых гомологична генам Х-хромосомы, а часть не имеет в ней гомологов и наследуется только по мужской линии. Некоторые из этих генов непосредственно связаны с детерминацией мужского пола. Поэтому у человека присутствие Y-хромосомы в кариотипе независимо от количества Х-хромосом (2AXXY, 2AXXXY) обеспечивает развитие мужского пола. Особи с кариотипом 2АХО являются женщинами, несмотря на уменьшение дозы Х-хромосомы. Однако значение баланса генов в определении половой принадлежности организма подтверждается тем, что особи с кариотипами 2АХО, 2АХХХ, 2AXXY, 2AXXXY и т.д. отличаются наличием пороков развития и часто стерильны. Как было отмечено, у большинства видов животных пол организма определяется сочетанием или количеством половых хромосом в диплоидном наборе аутосом. Однако у некоторых насекомых (пчелы, муравьи, осы) представители разных полов отличаются числом наборов хромосом. Самки у них развиваются из оплодотворенных яиц и поэтому диплоидны, самцы — из неоплодотворенных яиц и первично гаплоидны. В такой ситуации соотношение по полу зависит от того, происходит оплодотворение или нет. Половой состав популяции может быть различным в разные периоды ее жизни. Зависимость половой принадлежности организмов от сочетания или количества половых хромосом в его кариотипе свидетельствует о том, что гены, определяющие пол, располагаются главным образом в этих хромосомах. Однако известен целый ряд примеров, указывающих на то, что в развитии признаков пола принимают участие также гены, локализованные в аутосомах. В частности, в геноме дрозофилы присутствует ген, называемый трансформатором. Рецессивный аллель этого гена в гомозиготном состоянии tt превращает женские зиготы 2Х в фенотипических самцов, которые оказываются стерильными. Самки¹ XXt⁺t⁺ или XXt⁺t плодовиты, особи с кариотипом XYtt — нормальные самцы, организмы с кариотипом XXtt — превращенные стерильные самцы. Другим примером влияния аутосомных генов на развитие признаков пола может служить существование у кукурузы генов, мутантные аллели которых превращают ее из однодомного растения в двудомное, препятствуя развитию органов либо мужского, либо женского пола. Рецессивный аллель гена sk(silkless) в гомозиготном состоянии вызывает недоразвитие семяпочек и превращает растение в мужское. Мутантный аллель другого гена ts (tassel seed) в гомозиготном состоянии вызывает развитие семяпочек и семян в метелке, а пыльники не развиваются. У человека развитие организма по мужскому типу обеспечивается не только геном, расположенным в Y-хромосоме и определяющим способность к синтезу мужского полового гормона — тестостерона, но и Х-сцепленным геном, контролирующим синтез белка-рецептора этого гормона. Мутация упомянутого Х-сцепленного гена приводит к развитию синдрома тестикулярной феминизации. Приведенные примеры доказывают, что пол организмов как признак развивается на основе полученной от родителей наследственной информации и находится под контролем группы взаимодействующих генов, расположенных как в половых хромосомах, так и в аутосомах. У большинства видов развитие признаков пола осуществляется на основе наследственной программы, заключенной в генотипе. Однако известны примеры, когда половая принадлежность организма целиком зависит от условий, в которых он развивается. Так, у морского червя Bonellia viridis пол зависит от того, будет зигота развиваться в непосредственном контакте с материнским организмом или самостоятельно. В первом случае образуется самец, во втором —самка. У высших организмов значение среды в определении признаков пола, как правило, невелико. Вместе с тем даже для них известны примеры, когда в определенных условиях развития происходило переопределение пола на противоположный, несмотря на имеющуюся комбинацию хромосом в зиготе. Возможность переопределения пола обусловлена тем, что первичные закладки гонад у эмбрионов всех животных изначально бисексуальны. В процессе онтогенеза происходит выбор направления развития закладки в сторону признаков одного пола, включая дифференцировку половых желез, формирование половых путей и вторичных половых признаков. Первостепенная роль в развитии мужского или женского фенотипа принадлежит гормонам, образуемым гонадами. Ведущим началом в дифференцировке пола являются гены, контролирующие уровень мужских и женских половых гормонов. Соотношение этих гормонов в организме является особенно важным для формирования и поддержания соответствующих признаков. Так как у млекопитающих и человека дифференцировка пола начинается очень рано, то полное переопределение пола в эмбриогенезе у них невозможно. Известны, однако, случаи, в частности у крупного рогатого скота, когда в разнополых двойнях рождались бесплодная телочка — интерсекс (фри-мартин) — и бычок. Это происходит потому, что клетки семенников мужского эмбриона начинают синтез соответствующего гормона раньше, чем клетки яичников эмбриона женского пола, оказывая на организм последнего маскулинизирующее действие, вплоть до формирования половых органов мужского типа. У некоторых видов в ходе обычного онтогенеза при определенных условиях происходит естественное переопределение пола. Так, в Тихом океане обитают рыбки Labroides dimidiatus, живущие стайками из самок и одного самца. Каждый из членов такой семьи, кроме самца, постоянно находится в состоянии стресса, источником которого является самец. При этом уровень напряженности различается от самки к самке, так что можно выделить α-, β-, γ- самок и т.д. Гибель самца вызывает превращение α-самки (главной самки, сбрасывающей напряжение) в самца с полноценными семенниками. Описанное переопределение зависит от уровня в организме гормонов, выделяемых клетками надпочечников. У человека угнетение эндокринной функции яичников, наступающее после прекращения гаметогенеза (в определенном возрасте у женщин), приводит к появлению некоторых вторичных признаков мужского пола, например росту волос на лице. Искусственное изменение условий развития организмов в эксперименте приводит у некоторых видов к полному переопределению пола, вплоть до появления способности образовывать гаметы противоположного пола (некоторые виды амфибий, рыб, птиц). Например, кормление мальков самцов аквариумных рыбок до 8 мес. пищей с добавкой эстрогенов превращало их в самок, способных к скрещиванию с натуральными самцами и образованию полноценного потомства. В экспериментах на курах удаление половых желез до окончания периода полового созревания или подсадка гонад противоположного пола вели к появлению вторичных признаков другого пола: у курицы развивались петушиное оперение и инстинкты петуха, а петух приобретал куриное оперение. Исходная генетическая конституция, в том числе и по половым хромосомам, при этом оставалась прежней. Из примеров, рассмотренных выше, следует, что генотип особи заключает в себе информацию о возможности формирования признаков того или иного пола, которая реализуется лишь при определенных условиях индивидуального развития. Изменение этих условий может стать причиной переопределения признаков пола. При этом у организмов разных видов относительное значение генетических и средовых факторов не одинаково: у одних видов определяющим фактором является среда, у других — наследственная программа.

34. Наследование групп крови и резус-фактора.

Наследование группы крови контролируется аутосомным геном. Локус этого гена обозначают буквой I, а три его аллеля буквами А, В и 0. Аллели А и В доминантны в одинаковой степени, а аллель 0 рецессивен по отношению к ним обоим. В итоге существует четыре группы крови. Им соответствуют следующие сочетания аллелей и формируются генотипы: Первая группа крови (I) - 00 Вторая группа крови (II) - АА ; А0 Третья группа крови (III) - ВВ ; В0 Четвертая группа крови (IV) – АВ. Наследование резус-фактора кодируется тремя парами генов и происходит независимо от наследования группы крови. Наиболее значимый ген обозначается латинской буквой D. Он может быть доминантным - D, либо рецессивным - d. Генотип резус-положительного человека может быть гомозиготным - DD, либо гетерозиготным - Dd. Генотип резус-отрицательного человека может быть - dd.

35. Множественные аллели и полигенное наследование на примере человека.

Присутствие в генофонде вида одновременно различных аллелей гена называют множественным аллелизмом. У человека множественный аллелизм свойственен многими генам. Так, 3 аллели гена I определяют групповую принадлежность крови по системе АВО (I^A, I^B, I^O), 2-ая аллели имеют ген, обуславливающий резус-принадлежность. Более 100 аллелей насчитывают гены α и β — полипептидов гемоглобина. Причиной множественного аллелизма является случайнее изменения структуры гена (мутации), сохраняемые в процессе естественного отбора в генофонде популяции.Большинство количественных признаков организмов определяются полигенами, т.е. системой неаллельных генов, одинаково влияющих на формирование данного признака. Взаимодействие таких генов в процессе формирования признака называют полигенным. Чем больше в генотипе доминантных генов каждой пары, тем ярче выражен признак. По полигенному типу взаимодействия у человека определяется интенсивность окраски кожных покровов, зависящая от уровня отложения в клетках пигмента меланина.

36. Взаимодействие неаллельных генов. Комплементарность, эпистаз, полимерия.

Большинство признаков и свойств организма являются результатом действия нескольких неаллельных генов или их продуктов. Эти признаки называются сложными. В зависимости от характера участия неаллельных генов в формировании того или иного признака различают несколько видов их взаимодействия. Большинство количественных признаков определяется полигенами - системой неаллельных генов, одинаково влияющих на формирование данного признака. Взаимодействие таких генов в процессе формирования признака называют полимерным. Оно сводится чаще всего к суммированию действия сходных аллелей этих генов, определяющих формирование одинакового варианта признака. Совместное действие полигенов обуславливает различную экспрессивность.. В основе появления в геноме таких генов, очевидно, лежит их дупликация или амплификация. Это позволяет увеличить синтез соответствующего продукта в клетках организма. У человека определяется интенсивность окраски кожных покровов.

Большинство сложных признаков требует участия многих генов, влияющих на разные звенья этого процесса. Отсутствие нормального первичного продукта не позволяет сформировать нормальный сложный признак. Взаимодействие неаллельных генов, при котором они взаимно дополняют друг друга, называют комплементарным взаимодействием.

37. Генотип, геном, фенотип. Фенотип как результат реализации наследственной информации в определенных условиях среды. Взаимодействие аллелей в детерминации признаков: доминирование, промежуточное проявление, рецессивность, кодоминирование.

Геном — вся совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного вида организмов. Он обеспечивает формирование видовых характеристик организмов в ходе их онтогенеза. Генотип — совокупность генов, образованная при половом размножении в процессе оплодотворения при объединении геномов двух родительских клеток, генетическая конституция организма, представляющая собой совокупность всех наследственных задатков его клеток, заключенных в их хромосомном наборе — кариотипе. Фенотип — видовые и индивидуальные морфологические, физиологические и биохимические свойства на всем протяжении индивидуального развития. Ведущая роль в формировании фенотипа — наследственная информация, заключенная в генотипе. Наряду с этим результат наследственной программы (в генотипе) зависит от условий, в которых осуществляется этот процесс. В случае гетерозиготности развитие данного признака будет зависеть от взаимодействия аллельных генов. Доминирование — это такое взаимодействие аллельных генов, при котором проявление одного из аллелей (А) не зависит от присутствия в генотипе другого (А’). Этот аллель доминантный, второй рецессивный (пример: группа крови). Неполное доминирование — фенотип гетерозигот ВВ’ отличается от фенотипа гомозигот по обеим аллелям (ВВ, В’В’) промежуточным проявлением признака. Это происходит, т.к. аллель, способная сформировать нормальный признак находится у гетерозигот в двойной дозе ВВ, а у гомозигот ВВ’. Генотипы отличаются экспрессивностью (степень выраженности признака). Пример: заболевания у человека, проявляющиеся клинически у гетерозигот, а у гомозигот заканчивающиеся смертью. Кодоминирование — каждый из аллелей проявляет свое действие, в результате — промежуточный вариант признака (Группа крови, аллели которые по отдельности формируют 2 и 3 группы крови, вместе образуют 4). Аллельное исключение — вид взаимодействия аллельных генов в генотипе. Например, инактивация одного из аллелей в сосотаве Х-хромосомы способствует тому, что разных клетках организма, мозаичных по функционирующей хромосоме, фенотипически проявляются разные аллели.

38. Ген - функциональная единица наследственности. Молекулярное строение гена у прокариот и эукариот. Уникальны гены и повторы на ДНК. Структурные гены. Гипотеза "Один ген - один фермент", ее современная трактовка.

Долгое время ген рассматривали как минимальную часть наследственного материала (генома), обеспечивающую развитие определенного признака у организмов данного вида. Однако каким образом функционирует ген, оставалось неясным. В 1945 г. Дж. Бидлом и Э. Татумом была сформулирована гипотеза, которую можно выразить формулой «Один ген — один фермент». Согласно этой гипотезе, каждая стадия метаболического процесса, приводящая к образованию в организме (клетке) какого-то продукта, катализируется белком-ферментом, за синтез которого отвечает один ген. Позднее было показано, что многие белки имеют четвертичную структуру, в образовании которой принимают участие разные пептидные цепи. Например, гемоглобин взрослого человека включает четыре глобиновых цепи — 2α и 2β, кодируемые разными генами. Поэтому формула, отражающая связь между геном и признаком, была несколько преобразована: «Один ген — один полипептид». Изучение химической организации наследственного материала и процесса реализации генетической информации привело к формированию представления о гене как о фрагменте молекулы ДНК, транскрибирующемся в виде молекулы РНК, которая кодирует аминокислотную последовательность пептида или имеет самостоятельное значение (тРНК и рРНК). Открытия экзон-интронной организации эукариотических генов и возможности альтернативного сплайсинга показали, что одна и та же нуклеотидная последовательность первичного транскрипта может обеспечить синтез нескольких полипептидных цепей с разными функциями или их модифицированных аналогов. Например, в митохондриях дрожжей имеется ген box (или cob), кодирующий дыхательный фермент цитохром b. Он может существовать в двух формах. «Длинный» ген, состоящий из 6400 п. н., имеет 6 экзонов общей протяженностью 1155 п.н. и 5 интронов. Короткая форма гена состоит из 3300 п.н. и имеет 2 интрона. Она фактически представляет собой лишенный первых трех интронов «длинный» ген. Обе формы гена одинаково хорошо экспрессируются. После удаления первого интрона «длинного» гена box на основе объединенной нуклеотидной последовательности двух первых экзонов и части нуклеотидов второго интрона образуется матрица для самостоятельного белка — РНК-матуразы. Функцией РНК-матуразы является обеспечение следующего этапа сплайсинга — удаление второго интрона из первичного транскрипта и в конечном счете образование матрицы для цитохрома b. Другим примером может служить изменение схемы сплайсинга первичного транскрипта, кодирующего структуру молекул антител в лимфоцитах. Мембранная форма антител имеет на С-конце длинный «хвост» аминокислот, который обеспечивает фиксацию белка на мембране. У секретируемой формы антител такого хвоста нет, что объясняется удалением в ходе сплайсинга из первичного транскрипта кодирующих этот участок нуклеотидов. вирусов и бактерий описана ситуация, когда один ген может одновременно являться частью другого гена или некоторая нуклеотидная последовательность ДНК может быть составной частью двух разных перекрывающихся генов. Например, на физической карте генома фага ФХ174 (рис. 3.44) видно, что последовательность гена В располагается внутри гена А, а ген Е является частью последовательности гена D. Этой особенностью организации генома фага удалось объяснить существующее несоответствие между относительно небольшим его размером (он состоит из 5386 нуклеотидов) и числом аминокислотных остатков во всех синтезируемых белках, которое превышает теоретически допустимое при данной емкости генома. Возможность сборки разных пептидных цепей на мРНК, синтезированной с перекрывающихся генов (А и В или Е и D), обеспечивается наличием внутри этой мРНК участков связывания с рибосомами. Это позволяет начать трансляцию другого пептида с новой точки отсчета. В процессе реализации наследственной информации, заключенной в гене, проявляется целый ряд его свойств. Определяя возможность развития отдельного качества, присущего данной клетке или организму, ген характеризуется дискретностью действия. Ввиду того что в гене заключается информация об аминокислотной последовательности определенного полипептида, его действие является специфичным. Однако в некоторых случаях одна и та же нуклеотидная последовательность может детерминировать синтез не одного, а нескольких полипептидов. Это наблюдается в случае альтернативного сплайсинга у эукариот и при перекрывают генов у фагов и прокариот. Очевидно, такую способность следует оценить как множественное, или плейотропное, действие гена (хотя традиционно под плейотропным действием гена принято понимать участие его продукта — полипептида — в разных биохимических процессах, имеющих отношение к формированию различных сложных признаков). Например, участие фермента (рис. 3.45) в ускорении определенной реакции (А → В), которая является звеном нескольких биохимических процессов, делает зависимыми результаты этих процессов (D и Е) от нормального функционирования гена а, кодирующего этот белок. Определяя возможность транскрибирования мРНК для синтеза конкретной полипептидной цепи, ген характеризуется дозированностью действия, т.е. количественной зависимостью результата его экспрессии от дозы соответствующего аллеля этого гена. Примером может служить зависимость степени нарушения транспортных свойств гемоглобина у человека при серповидно-клеточной анемии от дозы аллеля HbS. Наличие в генотипе человека двойной дозы этого аллеля, приводящего к изменению структуры β-глобиновых цепей гемоглобина, сопровождается грубым нарушением формы эритроцитов и развитием клинически выраженной картины анемии вплоть до гибели. У носителей только одного аллеля HbS при нормальном втором аллеле лишь незначительно изменяется форма эритроцитов и анемия не развивается, а организм характеризуется практически нормальной жизнеспособностью. Гены эукариот имеют самое разнообразное строение и размеры. В настоящее время нет единой схемы строения генов эукариот и нет объяснения существованию многообразия структур эукариотических генов. Большинство генов эукариот имеет прерывистое строение, т.е. их кодирующие последовательности - экзоны чередуются с некодирующими последовательностями - интронами. Некоторые гены не имеют прерывистого строения и их последовательности колинеарны (соответствуют) последовательностям молекул РНК, синтезируемым на их матрице. Экзоны и интроны. Все классы генов эукариот могут иметь прерывистое строение: гены, кодирующие молекулы мРНК (белки), рРНК и тРНК. Гены начинаются и заканчиваются экзонами, набор интронов может быть любой. Некоторые прерывистые гены содержат один или два интрона. Например, глобиновые гены, кодирующие синтез α - и β – цепей гемоглобина, имеют 3 экзона и 2 интрона. Другие гены могут иметь большое количество интронов (20 и более). Например, ген, кодирующий синтез белка-рецептора для липопротеинов низкой плотности (LDL), имеет 40 интронов, а ген белка дистрофина содержит 79 интронов. Интроны имеют разные размеры – от 100 п.н. до 10 т.п.н. Интроны имеют очень большую протяженность, а экзоны составляют очень небольшую часть гена. В зрелой молекуле мРНК интроны отсутствуют, а экзоны составляют непрерывную кодирующую последовательность. Поэтому размеры зрелых мРНК эукариот в десятки раз меньше первичных РНК-транскриптов и размеров самого гена. Экзоны – это кодирующие последовательности ДНК генов эукариот, представленные в зрелой молекуле РНК. Интроны – это некодирующие участки генов эукариот, которые транскрибируются, но затем вырезаются из первичного транскрипта во время сплайсинга и не входят в состав зрелых РНК, т.е. не транслируются. Не все гены эукариот содержат интроны. Не содержат интронов гены: Гистоновых белков, мяРНК, α - и β – интерферонов, митохондрий млекопитающих и человека.

39. Классификация генов: гены структурные, регуляторы. Свойства генов (дискретность, стабильность, лабильность, полиаллелизм, специфичность, плейотропия).

Все гены по функциям разделяют на структурные и функциональные. Структурные несут информацию о белках-ферментах и гистонах, о последовательности нуклеотидов в различных видах РНК. Среди функциональных выделяют гены-регуляторы, усиливающие или ослабляющие действие структурных (интенсификаторы, ингибиторы, интеграторы, модификаторы) и гены, регулирующие работу структурных (регуляторы и операторы). Выделяют следующие группы регуляторных генов: гены репликации, содержащие сайты, отвечающие за начало и конец репликации ДНК; гены рекомбинации, содержащие специфические сайты распознаваемые рекомбинационными ферментами; гены сегрегации, которые определяют взаимодействие хромосом с аппаратом веретена деления в процессе мейоза и митоза, гены, содержащие сайты-мишени для белков, гормонов и некоторых других молекул. Ген дискретен в своем действии, т. е. обособлен в своей активности от других генов. Ген специфичен в своем проявлении, т. е. отвечает за строго определенный признак или свойство организма. Ген может действовать градуально, т. е. усиливать степень проявления признака при увеличении числа доминантных аллелей (дозы гена). Один ген может влиять на развитие разных признаков — это множественное, или плейотропное, действие гена. Разные гены могут оказывать одинаковое действие на развитие одного и того же признака (часто количественных признаков) — это множественные гены, или полигены. Ген может взаимодействовать с другими генами, что приводит к появлению новых признаков. Такое взаимодействие осуществляется опосредованно — через синтезированные под их контролем продукты своих реакций. Действие гена может быть модифицировано изменением его местоположения в хромосоме (эффект положения) или воздействием различных факторов внешней среды. Стабильность – способность сохранять структуру, лабильность – способность многократно мутировать.

40. Экспрессия генов в процессе биосинтеза белка. Регуляция экспрессии генов у прокариот и эукариот.

Многими учеными было замечено, что некоторые ферменты у дрожжей и бактерий образуются в клетках только при выращивании их на определенных питательных средах. При выращивании кишечной палочки на питательной среде, не содержащей лактозы, ее клетки содержат незначительное число молекул лактазы, разлагающего лактозу. При добавлении в питательную среды лактозы бактериальные клетки быстро синтезируют большое количество лактазы. При удалении из среды лактозы ее синтез прекращается. Вещества, индуцирующие синтез ферментов, которые их разлагают, называются индукторами. Подобные механизмы используются клеткой для выключения синтеза нужных ей соединений при их наличии в питательной среде. Это явление получило название репрессии, а вызывающий его фактор – корепрессором. Схема регуляции транскрипции у прокариот была предложена Жакобом и Моно в 1961 на примере лактозного оперона. Группа структурных генов, управляемых одним геном-оператором, оперон. Он состоит из промотора с инициатором (место первичного прикрепления РНК-полимеразы – фермента, катализирующего реакции ДНК-зависимого синтеза иРНК). Ген-оператор включает и выключает структурные гены для считывания информации, значит, они непостоянно активны. Заканчивается оперон терминатором. Ген-регулятор, обычно находящийся на некотором расстоянии от оперона, постоянно активен и на основе его информации синтезируется белок-репрессор. Последний обладает способностью блокировать ген-оператор, вступая с ним в химическое соединение, и тогда считывания информации не происходит. Если в клетку поступает индуктор, то он связывает белок-репрессор, освобождая ген-оператор. РНК-полимераза разрывает связи между цепочками ДНК оперона, начиная с промотора, и по принципу комплементарности информация со структурных генов переписывается на иРНК, которая затем идет в рибосомы, где синтезируются ферменты, разлагающие индуктор. Когда последние молекулы индуктора будут разрушены, освобождается белок-репрессор, который снова блокирует ген-оператор – работа оперона прекращается. Опять возобновится при поступлении индуктора. Для каждого оперона имеется свой специфический индуктор. Схема регуляции транскрипции у эукариот разработана Георгиевым. Принцип обратной связи сохраняется, но механизм ее сложнее. Единица транскрипции – транскриптон. Состоит из неинформативной (акцепторной) и информативной (структурной) зон. Неинформативная зона начинается промотором с инициатором. Далее идет группа операторов, за которыми идет информативная зона. Она образована структурным геном, разделенным на экзоны и интроны. Заканчивается транскриптон терминатором. Его работу регулирует несколько регуляторов, дающих информацию для синтеза репрессоров. Индукторами являются сложные молекулы, для расщепления которых требуется несколько ферментов. Когда индукторы освобождают операторы от репрессоров, РНК-полимераза разрываетразрывает связи между цепями ДНК и по правилу комплементарности синтезируется проинформационная РНК, списывающая информацию со всех зон. В дальнейшем происходит процессинг – ферментативное разрушение акцепторной зоны РНК и расщепление ферментамирестриктазами информативной части на фрагменты, соответствующие экзонам. Моноцистронная иРНК, соответствующая экзонам структурного гена, формируется посредством сплайсинга отдельных информативных фрагментов лигазами. иРНК выходит из ядра, идет к рибосомам, где и происходит синтез фермента, необходимого для расщепления индукторов. По химической организации материала наследственности и изменчивости эукариотические и прокариотические клетки принципиально не отличаются друг от друга. Генетический материал у них представлен ДНК. Общим для них является и принцип записи генетической информации, а также генетический код. Одни и те же аминокислоты шифруются у про- и эукариот одинаковыми кодонами. Принципиально одинаковым образом у названных типов клеток осуществляется и использование наследственной информации, хранящейся в ДНК. Сначала она транскрибируется в нуклеотидную последовательность молекулы мРНК, а затем транслируется в аминокислотную последовательность пептида на рибосомах с участием тРНК. Однако некоторые особенности организации наследственного материала, отличающие эукариотические клетки от прокариотических, обусловливают различия в использовании их генетической информации.Наследственный материал прокариотической клетки содержится главным образом в единственной кольцевой молекуле ДНК. Она располагается непосредственно в цитоплазме клетки, где также находятся необходимые для экспрессии генов тРНК и ферменты, часть из которых заключена в рибосомах. Гены прокариот состоят целиком из кодирующих нуклеотидных последовательностей, реализующихся в ходе синтеза белков, тРНК или рРНК. Наследственный материал эукариот больше по объему, чем у прокариот. Он расположен в основном в особых ядерных структурах —хромосомах, которые отделены от цитоплазмы ядерной оболочкой. Необходимый для синтеза белков аппарат, состоящий из рибосом, тРНК, набора аминокислот и ферментов, находится в цитоплазме клетки. Значительные отличия имеются в молекулярной организации генов эукариотической клетки. В большинстве из них кодирующие последовательности экзоны прерываются интронными участками, которые не используются при синтезе тРНК, рРНК или пептидов. Количество таких участков варьирует в разных генах. Установлено, что ген оваль-бумина кур включает 7 интронов, а ген проколлагена млекопитающих — 50. Эти участки удаляются из первично-транскрибируемой РНК, в связи с чем использование генетической информации в эукариотической клетке происходит несколько иначе. В прокариотической клетке, где наследственный материал и аппарат биосинтеза белка пространственно не разобщены, транскрипция и трансляция происходят почти одновременно. В эукариотической клетке эти два этапа не только пространственно отделены ядерной оболочкой, но и во времени их разделяют процессы созревания мРНК, из которой должны быть удалены неинформативные последовательности Транскрипция — это синтез РНК на матрице ДНК. У прокариот синтез всех трех видов РНК катализируется одним сложным белковым комплексом — РНК-полимеразой. Транскрипционный аппарат эукариотических клеток включает три ядерные РНК-полимеразы, а также РНК-полимеразы митохондрий и пластид. РНК-полимераза I обнаруживается в ядрышках клеток и отвечает за транскрипцию генов рРНК. РНК-полимераза II локализуется в ядерном соке и отвечает за синтез предшественника мРНК. РНК-полимераза III —небольшая фракция, находящаяся в ядерном соке и осуществляющая синтез малых рРНК и тРНК. Каждый из этих ферментов имеет две большие субъединицы и до 10 малых. РНК-полимеразы митохондрий и пластид отличаются от ядерных. Ферментный комплекс РНК-полимеразы специфически узнает некую нуклеотидную последовательность (часто не одну), расположенную на определенном расстоянии от стартовой точки транскрипции, — промотор. Стартовой точкой считают нуклеотид ДНК, которому соответствует первый нуклеотид, включаемый ферментом в РНК-транскрипт. У прокариот обычно недалеко от стартовой точки против хода транскрипции располагается последовательность из шести нуклеотидов — ТАТААТ, называемая блоком Прибнова. Это среднестатистическая последовательность, состоящая из наиболее часто встречаемых оснований, самыми консервативными из которых являются 1,2 и 6-е основания. Наличие в этой последовательности оснований, преимущественно соединенных двойными водородными связями с комплементарными основаниями другой цепи, очевидно, облегчает локальное плавление двойной спирали ДНК и образование двух ее одноцепочечных участков при контакте с РНК-полимеразой. Блок Прибнова располагается в положении от —11 до —5 или от —14 до —8, т.е. за несколько нуклеотидов перед стартовой точкой транскрипции. Обнаруживая эту последовательность, РНК-полимераза прочно связывается с ней и начинает синтез РНК. Столь же важная роль в установлении контакта РНК-полимеразы с ДНК принадлежит другой нуклеотидной последовательности, центр которой находится в положении —35. Ее называют областью узнавания —ТТГАЦА. Между двумя указанными участками расстояние достаточно постоянно и составляет от 16 до 19 пар нуклеотидов (п.н.). Промоторы эукариотических генов также включают по меньшей мере две специфические нуклеотидные последовательности, центры которых находятся в положении —25 и —75 п.н. На расстоянии 19—27 нуклеотидов от стартовой точки против хода транскрипции у многих генов эукариот обнаружена среднестатистическая последовательность ТАТ^А_ТА^А_Т (ТАТА-блок, или блок Хогнесса), в которой, так же как в блоке Прибнова у прокариот, преобладают основания, образующие более слабые связи. Вторую последовательность, встречаемую во многих промоторах эукариот и состоящую из ГГ^Ц_ТЦААТЦТ, обозначают как ЦААТ-блок. Она занимает положение между —70 и —80 нуклеотидами и также является областью, узнаваемой полимеразой. В некоторых генах обнаружены многокомпонентные промоторы. Так, в отдельных генах вируса герпеса для эффективной инициации транскрипции необходимы три последовательности ДНК, расположенные между —19 и —27, между —47 и —61, а также между —80 и —105 нуклеотидами. После установления контакта между РНК-полимеразой и промоторным участком начинается сборка молекулы РНК, в которую первым чаще всего включается нуклеотид, несущий пуриновое основание (как правило, аденин) и содержащий три 5'-фосфатных остатка. Далее, по мере продвижения РНК-полимеразы вдоль молекулы ДНК происходит постепенное удлинение цепи РНК, которое продолжается до встречи фермента с областью терминатора. Терминатор — это участок, где прекращается дальнейший рост цепи РНК и происходит ее освобождение от матрицы ДНК. РНК-полимераза также отделяется от ДНК, которая восстанавливает свою двухцепочечную структуру. В прокариотических клетках терминаторы обязательно содержат палиндромы — двухцепочечные последовательности нуклеотидов ДНК, которые одинаково читаются в обоих направлениях. Участок РНК, транскрибированный с такой последовательности, способен образовывать двухцепочечные шпильки за счет комплементарного спаривания нуклеотидов палиндрома. Возможно, это и является сигналом для завершения транскрипции, узнаваемым РНК-полимеразой.. Возникающие шпильки, видимо, останавливают полимеразу на терминаторе. Следом за шпилькой в молекулу РНК включается последовательность из нуклеотидов, содержащих урацил (полиУ), которая, вероятно, принимает участие в высвобождении РНК от матрицы ДНК. Действительно, полиУ-последовательность РНК, соединенная с полиадениловой (полиА) последовательностью ДНК, характеризуется слабым взаимодействием. Обращает на себя внимание тот факт, что участок ДНК, богатый парами А-Т, встречается не только в месте инициации транскрипции (блок Прибнова), но и в терминаторной области. Бактериальные терминаторы значительно различаются по своей эффективности. Некоторые из них как бы не замечаются РНК-полимеразой, и она продолжает транскрипцию за пределами терминатора. Такое прочитывание терминатора при транскрипции бактериальных генов наблюдается в результате предотвращения терминации специфическими белками — факторами антитерминацш. Следствием антитерминации является синтез полицистронной мРНК, включающей в себя информацию, списанную с нескольких последовательно расположенных структурных генов. Терминаторы эукарйогических генов изучены в меньшей степени, чем у проскариот, но в них также обнаружены районы, богатые Г-Ц парами, соединенными тройными водородными связями, в которых располагается, участок с А-Т парами. На этом участке в транскрипт включается полиУ-последовательность, слабо взаимодействующая с матричной полиА-областыо ДНК. Возможно, область терминатора, богатая Г-Ц парами, играет определенную роль в остановке РНК-полимеразы, а участок РНК, содержащий УУУУ обеспечивает отделение транскрипта от матрицы ДНК.У эукариот не обнаружено образования структур, подобных шпилькам в прокариотических РНК. Поэтому, каким образом у них осуществляется терминация транскрипции, остается неясным. В составе всех мРНК можно выделить кодирующие участки, представляющие набор кодонов, которые шифруют последовательность аминокислот в пептиде. Как правило, эти участки начинаются стартовым кодоном АУГ, но иногда у бактерий используется кодон ГУТ. На конце кодирующей последовательности располагается терминирующий кодон. Помимо кодирующих участков в мРНК на обоих концах могут располагаться дополнительные последовательности. На 5'-конце это лидерный участок, расположенный перед стартовым кодоном. На 3'-конце — трейлер, следующий за кодоном-терминатором. В связи с тем что прокариотические гены целиком состоят из нуклеотидных последовательностей, участвующих в кодировании информации, транскрибированные с них РНК сразу после их синтеза способны выполнять функцию матриц для трансляции. Лишь в исключительных случаях требуется их предварительное созревание — процессинг. В отличие от прокариотических генов большинство генов эукариотических клеток прерывисты, так как несут в своем составе неинформативные нуклеотидные последовательности — интроны, не участвующие в кодировании информации. В связи с этим первичные транскрипты, синтезированные РНК-полимеразой II, обладают большими, чем необходимо для трансляции, размерами и оказываются менее стабильными. В совокупности они образуют так называемую гетерогенную ядерную РНК(тяРНК), которая прежде чем выйти из ядра и начать активно функционировать в цитоплазме, подвергается процессингу и превращается в зрелые мРНК. Процессинг эукариотических мРНК. Созревание, или процессинг, мРНК предполагает модифицирование первичного транскрипта и удаление из него некодирующих интронных участков с последующим соединением (сплайсингом) кодирующих последовательностей — экзонов. Модифицирование первичного транскрипта эукариотической мРНК начинается вскоре после синтеза его 5'-конца, содержащего одно из пуриновых оснований (аденин или гуанин). На этом конце образуется колпачок — кэп, который блокирует 5'-конец мРНК путем присоединения к первому нуклеотиду транскрипта трифосфонуклео-зида, содержащего гуанин, связью 5'—5'. После завершения транскрипции происходит удаление части нуклеотидов на 3'-конце первичного транскрипта и присоединение к нему последовательности, состоящей из 100—200 остатков адениловой кислоты (полиА). Считают, что эта последовательность способствует дальнейшему процессингу и транспорту зрелой мРНК из ядра. После выхода мРНК в цитоплазму ее полиА-последовательность постепенно укорачивается под действием ферментов, отщепляющих нуклеотиды на 3'-конце. Таким образом, по длине полиА-последовательности можно косвенно судить о времени пребывания мРНК в цитоплазме. Возможно, добавление полиА-последовательности в ходе процессинга повышает стабильность мРНК. Однако около трети мРНК вообще не содержат полиА-участка. К ним относятся, например, гистоновые мРНК. Образование кэпа на 5'-конце и полиА-последовательности на 3'-конце характерно только для процессинга РНК, синтезируемых РНК-полимеразой II. Кроме метилирования при формировании кэпов в мРНК высших эукариот происходит метилирование небольшой части внутренних нуклеотидов с частотой приблизительно одно на тысячу оснований мРНК. Наряду с модифицированием мРНК эукариот процессинг предполагает удаление из первичных транскриптов неинформативных для данного белка интронных участков, размер которых варьирует от 100 до 10 000 нуклеотидов и более. На долю интронов приходится около 80% всей гяРНК. Удаление интронов с последующим соединением экзонных участков называют сплайсингом. Сплайсинг представляет собой механизм, который должен обеспечивать удаление из первичного транскрипта строго определенных интронных участков. Нарушение этого процесса может привести к сдвигу рамки считывания при трансляции и невозможности синтеза нормального пептида. Закономерность вырезания интронов, очевидно, обеспечивается благодаря наличию на их концах специфических нуклеотидных последовательностей, служащих сигналами для сплайсинга. В настоящее время описано несколько вероятных механизмов сплайсинга, обеспечивающих точность этого процесса. Возможно, она достигается действием каких-то ферментов, специфически узнающих концевые участки интронов и катализирующих разрыв фосфодиэфирных связей на границе экзон — интрон, а затем образование связей между двумя экзонами. Установлено активное участие в сплайсинге особых малых, ядерных РНК (мяРНК), образующих комплексы с белками (мяРНП). Очевидно, мяРНК своими нуклеотидными последовательностями комплементарно взаимодействуют с концевыми участками интронов, которые образуют при этом замкнутые петли. Расщепление РНК в устье интронной петли приводит к удалению неинформативной последовательности и соединению (сплайсингу) сближенных концов экзонов. Обсуждается также автокаталитическая способность РНК-транскрипта к сплайсингу. Описанные способы сплайсинга свидетельствуют об отсутствии универсального механизма этого процесса, однако во всех случаях достигается точное удаление интронов с образованием определенной мРНК, обеспечивающей синтез необходимого клетке белка. В настоящее время доказана возможность альтернативного (взаимоисключающего) сплайсинга, при котором из одного и того же первичного транскрипта могут удаляться разные нуклеотидные последовательности и образовываться разные зрелые мРНК. В результате одна и та же последовательность нуклеотидов ДНК может служить информацией для синтеза разных пептидов. Альтернативный сплайсинг, вероятно, очень характерен в системе генов иммуноглобулинов у млекопитающих, где он позволяет формировать на основе одного транскрипта мРНК для синтеза разных видов антител. Благодаря преобразованиям, происходящим с РНК-транскриптом в ходе процессинга, зрелые мРНК эукариот характеризуются большей стабильностью по сравнению с прокариотическими мРНК. По завершении процессинга зрелая мРНК проходит отбор перед выходом в цитоплазму, куда попадает всего 5% гяРНК. Остальная часть расщепляется, не покидая ядра. Таким образом, преобразования первичных транскриптов эукариотических генов, обусловленные их экзон-итронной организацией и необходимостью перехода мРНК из ядра в цитоплазму, определяют особенности реализации генетической информации в эукариотической клетке. Трансляция у про- и эукариот. В прокариотических клетках процесс трансляции сопряжен с синтезом мРНК: они происходят практически одновременно. В значительной степени это связано с недолговечностью бактериальной мРНК, которая достаточно быстро подвергается распаду. Взаимосвязанность транскрипции и трансляции у бактерии проявляется в согласованности скоростей этих процессов. При 37°С транскрипция идет со скоростью 2500 нуклеотидов/мин (14 кодонов/с), а трансляция осуществляется со скоростью 15 аминокислот/с. Трансляция у прокариот начинается вскоре после образования 5'-конца мРНК, раньше, чем заканчивается ее синтез. В результате вслед за РНК-полимеразой по мРНК движутся рибосомы, осуществляющие сборку пептидных цепей. Через некоторое время после начала транскрипции (около 1 мин) и до завершения трансляции 3'-конца матрицы начинается деградация ее 5'-конца. Ввиду того что время жизни разных мРНК не одинаково, количество белка, синтезированного на разных матрицах, различно. Одной из особенностей трансляции у прокариот является включение в пептидную цепь в качестве первой аминокислоты модифицированного метионина — формилметионина, с которого начинаются все вновь синтезированные пептиды. Даже в том случае, когда роль стартового кодона выполняет кодом ГУГ, в обычных условиях шифрующий валин, в первом положении пептида оказывается формилметионин. Стартовый кодон АУГ или ГУГ следует за лидерным участком, который экранируется рибосомой в момент инициации трансляции. Соединение рибосомы с мРНК обусловлено комплементарным взаимодействием нуклеотидов одной из рРНК с нуклеотидной последовательностью лидера мРНК. Эта последовательность (Шайна—Дальгарно) располагается на расстоянии 4—7 оснований перед кодоном АУГ и обнаруживается повсеместно в лидерных участках у прокариот. При соединении 5'-конца мРНК с малой субчастицей рибосомы стартовый кодон обычно оказывается почти в середине экранированного рибосомой фрагмента мРНК, в области, соответствующей ее П-участку. У эукариот трансляция осуществляется в цитоплазме, куда попадает из ядра зрелая мРНК. Копированный конец мРНК распознается малой субчастицей рибосомы, затем лидирующая последовательность, содержащая до 100 нуклеотидов, взаимодействует с рРНК. При этом стартовый кодон АУГ оказывается в недостроенном П-участке рибосомы. После присоединения к стартовому кодону аминоацил-тРНК, несущей метионин, происходит воссоединение двух субчастиц рибосомы и формируются ее А- и П-участки. Синтез белка в эукариотической клетке, осуществляемый на моноцистронной мРНК, завершается после прохождения рибосомой по всей мРНК, вплоть до узнавания ею кодона-терминатора, прекращающего образование пептидных связей. Посттрансляционные преобразования белков. Синтезированные в ходе трансляции пептидные цепи на основе своей первичной структуры приобретают вторичную и третичную, а многие—и четвертичную организацию, образуемую несколькими пептидными цепями. В зависимости от функций, выполняемых белками, их аминокислотные последовательности могут претерпевать различные преобразования, формируя функционально активные молекулы белка. Многие мембранные белки синтезируются в виде пре-белков, имеющих на N-конце лидерную последовательность, которая обеспечивает him узнавание мембраны. Эта последовательность отщепляется при созревании и встраивании белка в мембрану. Секреторные белки также имеют на N-конце лидерную последовательность, которая обеспечивает их транспорт через мембрану. Некоторые белки сразу после трансляции несут дополнительные аминокислотные про-последовательности, определяющие стабильность предшественников активных белков. При созревании белка они удаляются, обеспечивая переход неактивного пробелка в активный белок. Например, инсулин вначале синтезируется как пре-проинсулин. Во время секреции пре-последовательность отщепляется, а затем проинсулин подвергается модификации, при которой из него удаляется часть цепи и он превращается в зрелый инсулин. Формируя третичную и четвертичную организацию в ходе посттрансляционных преобразований, белки приобретают способность активно функционировать, включаясь в определенные клеточные структуры и осуществляя ферментативные и другие функции. Рассмотренные особенности реализации генетической информации в про- и эукариотических клетках обнаруживают принципиальное сходство этих процессов. Следовательно, механизм экспрессии генов, связанный с транскрипцией и последующей трансляцией информации, которая зашифрована с помощью биологического кода, сложился в целом еще до того, как были сформированы эти два типа клеточной организации. Дивергентная эволюция геномов про- и эукариот привела к возникновению различий в организации их наследственного материала, что не могло не отразиться и на механизмах его экспресии. Постоянное совершенствование наших знаний об организации и функционировании материала наследственности и изменчивости обусловливает эволюцию представлений о гене как функциональной единице этого материала. Экспрессия гена, программируемый геномом процесс биосинтеза белков и(или) РНК. При синтезе белков экспрессия гена включает транскрипцию - синтез РНК с участием фермента РНК-полимеразы; трансляцию - синтез белка на .матричной рибонуклеиновой кислоте. осуществляемый в рибосомах. и (часто) посттрансляционную модификацию белка. Биосинтез РНК включает транскрипцию РНК на матрице ДНК, созревание и <i.сплайсинг. Экспрессия гена определяется регуляторными последовательностями ДНК; регуляция осуществляется на всех стадиях процесса. Уровень экспрессии гена (количество синтезируемого белка или РНК) строго регулируется. Для одних генов допустимы вариации, иногда в значит. пределах, в то время как для других генов даже небольшие изменения кол-ва продукта в клетке запрещены. Некоторые заболевания сопровождаются повышенным уровнем экспрессии гена в клетках пораженных тканей, например определенных белков, в т. ч. онкогенов при онкологич. заболеваниях, антител при аутоиммунных заболеваниях. Различают экспрессию гена: 1) конститутивную – происходящую в клетке независимо от внешних обстоятельств. Сюда относят экспрессию генов, определяющих синтез макромолекул, необходимых для жизнедеятельности всех клеток, и спец. генов (тканеспецифичная экспрессия гена), характерных для конкретного вида клеток. 2) Индуцибельная экспрессия гена определяется действием каких-либо агентов - индукторов. Ими м. б. гормоны, ростовые вещества и вещества, определяющие дифференцировку клеток (напр., ретиноевая кислота). Индукция может происходить на определенной стадии развития организма, в определенной ткани; время и место индукции регулируются геномом. Как правило, изменения в экспрессии гена носят необратимый характер, по крайней мере в нормальных клетках. У раковых и трансформированных клеток эта закономерность может нарушаться. В роли индукторов м. б. также и факторы внешней среды, например изменение температуры, питательные вещества. После прекращения действия индуктора первоначальная картина экспрессии гена восстанавливается (временная экспрессия гена). Большое значение экспрессия гена имеет в оптимизации синтеза белков методами генетич. инженерии. В качестве продуцента используют бактерии, дрожжи, растительные и животные клетки и даже живые организмы, такие организмы называют трансгенными. Искусственные гены конструируются таким образом, чтобы получить макс. кол-во желаемого продукта с миним. затратами, другими словами, чтобы достичь максимально высокого уровня экспрессии активного белка. Для сильной экспрессии в искусств, гене используют "сильные" регуляторные последовательности генов, обеспечивающие наибольшую продукцию белка. Часто эти последовательности ДНК имеют вирусное происхождение. Описаны случаи экспрессии целевого продукта в бактериях до уровня 50% от всего клеточного белка, Как правило, суперэкспрессированные белки нерастворимы и секретируются в периплазматич. пространство бактерии. Особую сложность представляет получение белков, токсичных для клетки. В таких случаях используют строго индуцибельные системы (напр., РНК-по-лимеразу фага Т7 и ген с промотором для нее) или системы, позволяющие быстро выводить продукт наружу (секретирую-щие системы). Тем не менее, достичь высокой продукции некоторых белков все же не удается. наиб. дорогим является получение белков в животных клетках.

41. Генетическая (генная) инженерия, ее задачи, методы, возможности, перспективы использования.

Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Основные направления генетической модификации организмов: придание устойчивости к ядохимикатам (например, к определенным гербицидам); придание устойчивости к вредителям и болезням (например, Bt-модификация); повышение продуктивности (например, быстрый рост трансгенного лосося); придание особых качеств (например, изменение химического состава). Методы генной инженерии основаны на получении фрагментов исходной ДНК и их модификации. Для получения исходных фрагментов ДНК разных организмов используется несколько способов: Получение фрагментов ДНК из природного материала путем разрезания исходной ДНК с помощью специфических нуклеаз (рестриктаз). Прямой химический синтез ДНК, например, для создания зондов. Синтез комплементарной ДНК (кДНК) на матрице мРНК с использованием фермента обратной транскриптазы (ревертазы).Определение нуклеотидного состава фрагментов ДНК по классической методике производится с помощью радиоактивных зондов – молекул ДНК с заранее известной структурой, в состав которых входят радиоактивные изотопы фосфора или водорода. Если структура выделенного фрагмента хотя бы частично комплементарна структуре зонда, то происходит ДНК-ДНК-гибридизация, и на микрофотографии препарата появляется засветка от радиоактивного изотопа. В настоящее время для определения нуклеотидных последовательностей ДНК широко используют флуоресцентные метки. Выделенные участки ДНК встраивают в векторы переноса ДНК. Векторы ДНК – это небольшие молекулы ДНК, способные проникать в другие клетки и реплицироваться в них. В состав вектора ДНК входит не менее трех групп генов: Целевые гены, которые интересуют экспериментатора. Гены, отвечающие за репликацию вектора, его интеграцию в ДНК клетки-хозяина и экспрессию требуемых генов. Гены-маркеры (селективные, репортерные гены), по деятельности которых можно судить об успешности трансформации (например, гены устойчивости к антибиотикам или гены, отвечающие за синтез белков, светящихся в ультрафиолетовом свете). Для внедрения векторов в прокариотические или эукариотические клетки используют различные способы: Биотрансформация. Используются векторы, способные сами проникать в клетки. Частным случаем биотрансформации является агробактериальная трансформация.. Микроинъекции. Используются, если клетки, подлежащие трансформации, достаточно крупные (например, икринки, пыльцевые трубки). Биобаллистика (биолистика). Векторы «вбивают» в клетки с помощью специальных «пушек». В качестве векторов часто используют плазмиды (кольцевые молекулы ДНК прокариотических клеток), а также ДНК вирусов. У эукариот в качестве векторов используют мобильные генетические элементы – участки хромосом, способные образовывать множество копий и встраиваться в другие хромосомы. В составе одного вектора можно комбинировать различные фрагменты ДНК (различные гены). Вновь образованные фрагменты ДНК называют рекомбинантными. Векторы переноса ДНК вместе с внедренными фрагментами ДНК различными способами вводят в прокариотические или эукариотические клетки и получают трансгенные клетки. В ходе размножения трансгенных клеток происходит клонирование требуемых фрагментов ДНК, в частности, отдельных генов. Клонированные гены эукариот подвергают различным модификациям (например, добавляют перед ними определенные промоторы) и внедряют в клетки-продуценты. Основная проблема состоит в том, чтобы чужеродные гены экспрессировались постоянно, то есть должен происходить синтез необходимых веществ без ущерба для клетки–хозяина. Практические достижения современной генной инженерии заключаются в следующем: Созданы банки генов, или клонотеки, представляющие собой коллекции клонов бактерий. Каждый из этих клонов содержит фрагменты ДНК определенного организма (дрозофилы, человека и других). На основе трансформированных штаммов вирусов, бактерий и дрожжей осуществляется промышленное производство инсулина, интерферона, гормональных препаратов. На стадии испытаний находится производство белков, позволяющих сохранить свертываемость крови при гемофилии, и других лекарственных препаратов. Созданы трансгенные высшие организмы (многие растения, некоторые рыбы и млекопитающие) в клетках которых успешно функционируют гены совершенно других организмов. Широко известны генетически модифицированные растения (ГМР), устойчивые к высоких дозам определенных гербицидов, а также Bt-модифицированные растения, устойчивые к вредителям. Разработаны методы клонирования строго определенных участков ДНК, например, метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). ПЦР-технологии применяются для идентификации определенных нуклеотидных последовательностей, что используется при ранней диагностике некоторых заболеваний, например, для выявления носителей ВИЧ-инфекции.

42. Формы изменчивости: модификационная, комбинативная, мутационная и их значение в онтогенезе и эволюции.

Изменчивость – свойство живых систем приобретать изменения и существовать в различных вариантах. Благодаря влиянию факторов среды на формирование фенотипа даже генетически идентичные организмы в различных условиях развития и существования в большей или меньшей степени различаются по своим признакам. Фенотипические изменения, возникающие на основе одного и того же генотипа в разных условиях его реализации, называют модификациями. Примером модификаций могут служить изменения содержания жира в молоке животных или массы тела в зависимости от их питания, изменения количества эритроцитов в крови, в зависимости от парциального давления кислорода в воздухе, изменения темпа роста растений при разной освещенности и содержании минеральных веществ в почве. Другим примером модификационной изменчивости являются различия, наблюдаемые у генетически идентичных монозиготных близнецов или потомков одного растения, полученных путем вегетативного размножения, но развивавшихся в разных условиях среды. Модификации отдельного признака или свойства, формируемого данным генотипом, образуют непрерывный ряд. Частота встречаемости каждого варианта в таком вариационном ряду различна. Чаще обнаруживаются средние значения признака. Чем дальше признак отстоит от среднего значения, тем реже он наблюдается. Так как фенотипическое проявление наследственной информации может модифицироваться условиями среды, в генотипе организма запрограммировано не конкретное значение отдельных его характеристик, а лишь возможность их формирования в определенных пределах, называемых нормой реакции. Таким образом, норма реакции представляет собой пределы модификационной изменчивости признака, допустимой при данном генотипе. Некоторые признаки характеризуются широкой нормой реакции. Как правило, это количественные признаки, контролируемые полигенами (масса тела, жирность молока, пигментация кожи), другие свойства характеризуются узкой нормой реакции и слабо или почти не модифицируются в разных условиях (цвет глаз, группа крови). Фенотипическое проявление информации, заключенной в генотипе, характеризуется показателями пенетрантности и экспрессивности. Пенетрантностъ отражает частоту фенотипического проявления имеющейся в генотипе информации. Она соответствует проценту особей, у которых доминантный аллель гена проявился в признак, по отношению ко всем носителям этого аллеля. Неполная пенетрантность доминантного аллеля гена может быть обусловлена системой генотипа, в которой функционирует данный аллель и которая является своеобразной средой для него. Взаимодействие неаллельных генов в процессе формирования признака может привести при определенном сочетании их аллелей к непроявлению доминантного аллеля одного из них. В рассмотренных выше примерах наличие в генотипе одного из генов в рецессивном гомозиготном состоянии не давало возможности проявиться доминантному аллелю другого гена (альбинизм, бомбейский феномен). Известны также случаи, когда фенотипическому проявлению определенного аллеля препятствуют факторы окружающей организм среды. Например, у китайской примулы развитие или отсутствие красной окраски цветков зависит от температуры и влажности воздуха: при t = 5—20°С — красные цветы, при t = 30—35°С и повышенной влажности — белые. У кроликов гималайской окраски темная пигментация шерсти, развивающаяся в обычных условиях лишь на отдельных участках тела, при выращивании их при пониженной температуре может быть получена на всем теле. Экспрессивность также является показателем, характеризующим фенотипическое проявление наследственной информации. Она характеризует степень выраженности признака и, с одной стороны, зависит от дозы соответствующего аллеля гена при моногенном наследовании или от суммарной дозы доминантных аллелей генов при полигенном наследовании, а с другой — от факторов среды. Примером служит интенсивность красной окраски цветков ночной красавицы, убывающая в ряду генотипов АА, Аа, аа, или интенсивность пигментации кожи у человека, увеличивающаяся при возрастании числа доминантных аллелей в системе полигенов от 0 до 8. Влияние средовых факторов на экспрессивность признака демонстрируется усилением степени пигментации кожи у человека при ультрафиолетовом облучении, когда появляется загар, или увеличением густоты шерсти у некоторых животных в зависимости от изменения температурного режима в разные сезоны года. Мейоз и оплодотворение обеспечивают получение организмами нового поколения эволюционно сложившегося, сбалансированного по дозам генов наследственного материала, на основе которого осуществляется развитие организма и отдельных его клеток. Благодаря этим двум механизмам в ряду поколений особей данного вида формируются определенные видовые характеристики и вид как реальная единица живой природы существует продолжительное время. Однако у разных представителей вида в силу постоянно идущего мутационного процесса один и тот же набор генов генома представлен разными их аллелями. Так как при половом размножении у многих видов в воспроизведении потомства принимают участие две особи, то совершенно очевидно, что в результате оплодотворения разные зиготы получают неодинаковый набор аллелей в их генотипах. Увеличению генотипического разнообразия представителей вида способствуют также механизмы, приводящие к перекомбинации родительских аллелей особи в ее гаметах. Действительно, если бы гаметы, образуемые организмом, были одинаковы по набору аллелей в их геноме, то у потомков одной пары организмов при раздельнополости или одного гермафродитного организма не наблюдалось бы генотипического разнообразия. В каждом новом поколении вида генотипически различными были бы лишь дети разных родителей. Реально в природе наблюдается разнообразие потомков одних и тех же родителей. Например, родные братья и сестры различаются не только по полу, но и по другим признакам. Такие различия потомков объясняются тем, что в каждом акте оплодотворения встречаются генетически различающиеся гаметы. Механизмом,обеспечивающим разнообразие гамет, образуемых одним и тем же организмом, является мейоз, в ходе которого происходит не только уменьшение вдвое наследственного материала, попадающего в гаметы, но и эффективное перераспределение родительских аллелей между гаметами. Процессами, приводящими к перекомбинации генов и целых хромосом в половых клетках, являются Кроссинговер и расхождение бивалентов в анафазе I мейоза. Кроссинговер. Этот процесс происходит в профазе I мейоза в то время, когда гомологичные хромосомы тесно сближены в результате конъюгации и образуют биваленты. В ходе кроссинговера осуществляется обмен соответствующими участками между взаимно переплетающимися хроматидами гомологичных хромосом. Этот процесс обеспечивает перекомбинацию отцовских и материнских аллелей генов в каждой группе сцепления. В разных предшественниках гамет Кроссинговер происходит в различных участках хромосом, в результате чего образуется большое разнообразие сочетаний родительских аллелей в хромосомах. Понятно, что кроссинговер как механизм рекомбинации эффективен лишь в том случае, когда соответствующие гены отцовской и материнской хромосом представлены разными аллелями. Абсолютно идентичные группы сцепления при кроссинговере не дают новых сочетаний аллелей. Кроссинговер происходит не только в предшественницах половых клеток при мейозе. Он наблюдается также в соматических клетках при митозе. Соматический кроссинговер описан у дрозофилы, у некоторых видов плесеней. Он осуществляется в ходе митоза между гомологичными хромосомами, однако его частота в 10 000 раз меньше частоты мейотического кроссинговера, от механизма которого он ничем не отличается. В результате митотического кроссинговера появляются клоны соматических клеток, различающихся по содержанию в них аллелей отдельных генов. Если в генотипе зиготы данный ген представлен двумя разными аллелями, то в результате соматического кроссинговера могут появиться клетки с одинаковыми либо отцовскими, либо материнскими аллелями данного гена. Расхождение бивалентов в анафазе I мейоза. В метафазе I мейоза в экваториальной плоскости ахромативнового веретена выстраиваются биваленты, состоящие из одной отцовской и одной материнской хромосомы. Расхождение гомологов, которые несут разный набор аллелей генов в анафазе I мейоза, приводит к образованию гамет, отличающихся по аллельному составу отдельных групп сцепления. В связи с тем что ориентация бивалентов по отношению к полюсам веретена в метафазе I оказывается случайной, в анафазе I мейоза в каждом отдельном случае к разным полюсам направляется гаплоидный набор хромосом, содержащий оригинальную комбинацию родительских групп сцепления. Разнообразие гамет, обусловленное независимым поведением бивалентов, тем больше, чем больше групп сцепления в геноме данного вида. Оно может быть выражено формулой 2ⁿ, где п — число хромосом в гаплоидном наборе. Так, у дрозофилы п = 4 и количество типов гамет, обеспечиваемое перекомбинацией родительских хромосом в них, равно 2⁴ = 16. У человека п = 23, и разнообразие гамет, обусловленное этим механизмом, соответствует 2²³, или 8388608. Кроссинговер и процесс расхождения бивалентов в анафазе I мейоза обеспечивают эффективную рекомбинацию аллелей и групп сцепления генов в гаметах, образуемых одним организмом. Оплодотворение. Случайная встреча разных гамет при оплодотворении приводит к тому, что среди особей вида практически невозможно появление двух генотипически одинаковых организмов. Достигаемое с помощью описанных процессов генотипическое разнообразие особей предполагает наследственные различия между ними на базе общего видового генома. Таким образом, геном как высший уровень организации наследственного материала благодаря мейозу и оплодотворению сохраняет свои видовые характеристики. Но одновременно эти же процессы обеспечивают индивидуальные наследственные различия особей, в основе которых лежит рекомбинация генов и хромосом, т.е. комбинативную изменчивость. Комбинативная изменчивость, проявляющаяся в генотипическом разнообразии особей, повышает выживаемость вида в изменяющихся условиях его существования.

43. Модификационная изменчивость. Норма реакции генетически детерминированных признаков. Фенокопии. Адаптивный характер модификаций. Взаимодействие среды и генотипа в проявлении признаков человека.

Фенотипические изменения, возникающие на основе одного и того же генотипа в различных условиях ее реализации, наз. модификациями. Примеры модификации: содержание жира в молоке животных или массы тела в зависимости от их питания, количество эритроцитов в крови, в зависимости от парциального давления кислорода в воздухе, и др. Т. к. фенотипическое проявление наследственной информации может модифицироваться условиями среды, в генотипе организма запрограммировано лишь возможность их формирования в определенных пределах, называемых нормой реакции. Норма реакции представляет собой пределы модификационной изменчивости признака, допускаемой при данном генотипе. Фенотипическое проявление информации, заключенный в генотипе, хар. показателями пенетрантности и экспрессивности. Пенетрантность отражает частоту фенотипического проявления имеющейся в генотипе информации. Она соответствует проценту особей, у кот. доминантный аллель гена проявился в признак, по отношению ко всем носителям этого аллеля. Экспрессивность также явл. показателем, характеризующим фенотипическое проявление наследственной информации. Она хар. степень выраженности признака и зав. от дозы соответствующего аллеля гена при моногенном наследовании или от суммарной дозы доминантных аллелей генов при полигенном наследии и от факторов среды. Фенокопии — изменения фенотипа под влиянием неблагоприятных факторов среды, по проявлению похожие на мутации.

44. Комбинативная изменчивость. Значение комбинативной изменчивости в обеспечении генотипического разнообразия людей. Медико-генетические аспекты семьи.

Комбинативная изменчивость возникает при свободных скрещиваниях в популяциях или при искусственной гибридизации. В результате рождаются особи с новыми сочетаниями признаков и свойств, которые отсутствовали у родителей. Комбинативная изменчивость, проявляющаяся в генотипическом разнообразии особей, повышает выживаемость вида в изменяющихся условиях его существования. Обновляется генетический материал, увеличиваются адаптивные возможности, обеспечивается многообразие форм одного вида. Медико-генетическое консультирование - специализированная медицинская помощь - наиболее распространенная форма профилактики наследственных болезней. Генетическое консультирование - состоит из информирования человека о риске развития наследственного заболевания, передачи его потомкам, а также о диагностических и терапевтических действия.   

45. Мутационная изменчивость. Классификация мутаций. Мутации в половых и соматических клетках. Понятие о хромосомных и генных болезнях.

Мутации — качественные или количественные изменения ДНК клеток организма, приводящие к изменениям их генотипа.- Мутации — внезапные скачкообразные изменения наследственных факторов.- Представляют собой стойкие изменения наследственного материала. - Качественные изменения не образуют непрерывного ряда вокруг средней величины- Представляют собой ненаправленные изменения генотипа — они могут быть полезными (очень редко), вредными (большинство мутаций) и безразличными для данных условий существования организма.-Могут повторяться. Возникающие мутации могут передаваться по наследству в ряду поколений. Типы мутаций: - по изменению генотипа: генные, хромосомные, геномные - по изменению фенотипа: морфологические, биохимические, физиологические, летальные и т.д. - по отношению к генеративному пути: соматические, генеративные. - по поведению мутации в гетерозиготе: доминантные, рецессивные. - по локализации в клетке: ядерные, цитоплазматические. - по причинам возникновения: спонтанные, индуцированные.Соматические мутации — мутации в соматических клетках, передающиеся только потомкам этих клеток, т.е. не выходят за пределы данного организма. Например, могут стать причиной появления злокачественных новообразований (в основе лежит повреждение ДНК). Генеративные мутации — мутации в наследственном материале гамет, которые становится достоянием следующего поколения, если такие гаметы участвуют в оплодотворении. Например, синдром Дауна, обусловленный трисомией по 21-й хромосоме. Эта группа заболеваний обусловлена изменением структуры отдельных хромосом или их количества в кариотипе. Как правило, при таких мутациях наблюдается дисбаланс наследственного материала, который и ведет к нарушению развития организма. У человека описаны геномные мутации по типу полиплоидии, которые редко наблюдаются у живорожденных, а в основном обнаруживаются у абортированных эмбрионов и плодов и у мертворожденных. Основную часть хромосомных болезней составляют анэуплоидии, причем моносомии по аутосомам у живорожденных встречаются крайне редко. Большинство из них касаются 21-й и 22-й хромосом и чаще обнаруживаются у мозаиков, имеющих одновременно клетки с нормальным и мутантным кариотипом. Достаточно редко обнаруживается моносомия и по Х-хромосоме (синдром Шерешевского — Тернера). В отличие от моносомии трисомии описаны по большому числу аутосом: 8, 9, 13, 14, 18, 21, 22-й и Х-хромосоме, которая может присутствовать в кариотипе в 4—5 экземплярах, что вполне совместимо с жизнью. Структурные перестройки хромосом также, как правило, сопровождаются дисбалансом генетического материала (делеции, дупликации). Степень снижения жизнеспособности при хромосомных аберрациях зависит от количества недостающего или избыточного наследственного материала и от вида измененной хромосомы. К настоящему времени описано около 100 клинико-цитогенетических синдромов, в основе которых лежат различные хромосомные аномалии. Хромосомные изменения, приводящие к порокам развития, чаще всего привносятся в зиготу с гаметой одного из родителей при оплодотворении. При этом все клетки нового организма будут содержать аномальный хромосомный набор и для диагностики такого заболевания достаточно проанализировать кариотип клеток какой-нибудь ткани. Если хромосомные нарушения возникают в одном из бластомеров во время первых делений зиготы, образующейся из нормальных гамет, то развивается мозаичный организм, большая или меньшая часть клеток которого несет нормальный хромосомный набор. Диагностика мозаичных форм хромосомных болезней отличается большей трудоемкостью и требует изучения кариотипа большого числа клеток из разных тканей. Для определения вероятности появления хромосомной болезни в потомстве в семьях, уже имеющих больных детей, важно установить, является ли это хромосомное нарушение заново возникшим или оно унаследовано от предыдущего поколения. Чаще родители человека с хромосомным заболеванием имеют нормальный кариотип, а появление больного потомства является результатом мутации, возникшей в одной из гамет. В этом случае возможность повторного хромосомного нарушения у детей в данной семье маловероятна и не превосходит таковой в целом для популяции. Вместе с тем описано немало семей, в которых наблюдается предрасположение, например, к нерасхождению хромосом. В случае наследуемых хромосомных болезней в соматических клетках родителей обнаруживаются хромосомные или геномные мутации, которые могут передаваться их зрелым половым клеткам в ходе гаметогенеза. Передают потомству хромосомные нарушения обычно фенотипически нормальные родители, являющиеся носителями сбалансированных хромосомных перестроек — реципрокных транслокаций, робертсоновских транслокаций или перицентрических инверсий. У носителей такого рода хромосомных перестроек с определенной вероятностью образуются нормальные гаметы, а также гаметы, несущие сбалансированную перестройку, и половые клетки с нарушенным балансом генов в геноме. Возможность наследования хромосомных аномалий делает необходимым анализ кариотипа родителей, уже имеющих больных детей, и пренатальную диагностику развивающегося внутриутробно плода для исключения вероятности повторного рождения ребенка с хромосомной болезнью. Фенотипическое проявление различных хромосомных и геномных мутаций характеризуется ранним и множественным поражением различных систем органов. Типичными являются задержка общего физического и умственного развития, отклонения в строении скелета, в частности мозгового и лицевого черепа, пороки развития сердечно-сосудистой, мочеполовой, нервной систем, нарушения в биохимическом, гормональном и иммунологическом статусе организма. Хромосомные болезни, как правило, характеризуются сочетанием многих врожденных пороков. Для них также характерны многообразие и вариабельность фенотипических проявлений. Наиболее специфические проявления хромосомных заболеваний связаны с дисбалансом по относительно небольшому фрагменту хромосомы. Так, фенотипическое проявление синдрома Дауна наблюдается в случае трисомии всего лишь по небольшому сегменту длинного плеча 21-й хромосомы. Картина синдрома «кошачьего крика» развивается при утрате участка короткого плеча 5-й хромосомы. Дисбаланс по значительному объему хромосомного материала делает фенотипическую картину менее специфической. Специфичность проявления хромосомного заболевания определяется изменением содержания определенных структурных генов, кодирующих синтез специфических белков. Так, при болезни Дауна обнаружено повышение в 1,5 раза активности фермента супероксид-дисмутазы I, ген которого располагается в 21-й хромосоме и представлен у больных в трехкратной дозе. Эффект «дозы гена» обнаружен более чем для 30 генов, локализованных в разных хромосомах человека. Полуспецифические симптомы проявления хромосомных болезней связаны в значительной мере с дисбалансом генов, представленных многими копиями, которые контролируют ключевые процессы в жизнедеятельности клеток и кодируют, к примеру, структуру рРНК, тРНК, гистонов, рибосомальных белков, актина, тубулина. Неспецифические проявления при хромосомных болезнях связывают с изменением содержания гетерохроматина в клетках, который оказывает влияние на нормальное течение клеточного деления и роста, формирование в онтогенезе количественных признаков, определяемых полигенами. К указанным заболеваниям относятся моногенно обусловленные патологические состояния, наследуемые в соответствии с законами Менделя. В зависимости от функциональной значимости первичных продуктов соответствующих генов генные болезни подразделяют на наследственные нарушения ферментных систем (энзимопатии), дефекты белков крови (гемоглобинопатии), дефекты структурных белков (коллагеновые болезни) и генные болезни с невыясненным первичным биохимическим дефектом. Энзимопатии. В основе энзимопатии лежат либо изменения активности фермента, либо снижение интенсивности его синтеза. У гетерозигот-носителей мутантного гена присутствие нормального аллеля обеспечивает сохранение около 50% активности фермента по сравнению с нормальным состоянием. Поэтому наследственные дефекты ферментов клинически проявляются у гомозигот, а у гетерозигот недостаточная активность фермента выявляется специальными исследованиями.В зависимости от характера нарушения обмена веществ в клетках среди энзимопатий различают следующие формы. 1. Наследственные дефекты обмена углеводов (галактоземия — нарушение метаболизма молочного сахара — лактозы; мукополисаха-ридозы — нарушение расщепления полисахаридов). 2. Наследственные дефекты обмена липидов и липопротеинов (сфинголипидозы — нарушение расщепления структурных липидов; нарушения обмена липидов плазмы крови, сопровождающиеся увеличением или снижением в крови холестерина, лецитина). 3. Наследственные дефекты обмена аминокислот (фенилкетонурия —нарушение обмена фенилаланина; тирозиноз— нарушение обмена тирозина; альбинизм — нарушение синтеза пигмента меланина из тирозина и др.).4. Наследственные дефекты обмена витаминов (гомоцистинурия — развивается как результат генетического, дефекта кофермента витаминов В₆ и B₁₂, наследуется по аутосомно-рецессивному типу).5. Наследственные дефекты обмена пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований (синдром Леша — Найяна, связанный с недостаточностью фермента, который катализирует превращение свободных пуриновых оснований в нуклеотиды, наследуется по Х-сцепленному рецессивному типу).6. Наследственные дефекты биосинтеза гормонов (адреногенитальный синдром, связанный с мутациями генов, которые контролируют синтез андрогенов; тестикулярная феминизация, при которой не образуются рецепторы андрогенов). 7. Наследственные дефекты ферментов эритроцитов (некоторые гемолитические несфероцитарные анемии, характеризующиеся нормальной структурой гемоглобина, но нарушением ферментной системы, участвующей в анаэробном (бескислородном) расщеплении глюкозы. Наследуются как по аутосомно-рецессивному, так и по Х-сцепленному рецессивному типу). Гемоглобинопатии. Это группа наследственных заболеваний, вызываемых первичным дефектом пептидных цепей гемоглобина и связанным с этим нарушением его свойств и функций. К ним относят метгемоглобинемии, эритроцитозы, серповидно-клеточную анемию, талассемии. Коллагеновые болезни. В основе возникновения этих заболеваний лежат генетические дефекты биосинтеза и распада коллагена — важнейшего структурного компонента соединительной ткани. К этой группе относят болезнь Эллерса — Данлоса, характеризующуюся большим генетическим полиморфизмом и наследующуюся как по аутосомно-доминантному, так и по аутосомно-рецессивному типу, болезнь Марфана, наследующуюся по аутосомно-доминантному типу, и ряд других заболеваний. Наследственные болезни с невыясненным первичным биохимическим дефектом. К этой группе принадлежит подавляющее большинство моногенных наследственных болезней. Наиболее распространенными являются следующие. Муковисцидозы — встречаются с частотой 1:2500 новорожденных; наследуются по аутосомно-рецессивному типу. В основе патогенеза заболевания —наследственное поражение экзокринных желез и железистых клеток организма, выделение ими густого, измененного по составу секрета и связанные с этим последствия. 2. Ахондроплазия — заболевание, в 80—95% случаев обусловленное вновь возникшей мутацией; наследуется по аутосомно-доминантному типу; встречается с частотой приблизительно 1:100 000. Это заболевание костной системы, при котором наблюдаются аномалии развития хрящевой ткани преимущественно в эпифизах трубчатых костей и костях основания черепа. 3. Мышечные дистрофии (миопатии) —заболевания, связанные с поражением поперечно-полосатых и гладких мышц. Различные формы характеризуются разным типом наследования. Например, прогрессирующая псевдогипертрофическая миопатия Дюшена наследуется по Х-сцепленному рецессивному типу и проявляется преимущественно у мальчиков в начале первого десятилетия жизни. Известна мышечная псевдогипертрофическая дистрофия, наследующаяся по аутосомно-рецессивному типу, которая начинает развиваться во второй половине первого десятилетия жизни и встречается с одинаковой частотой у обоих полов. Мышечная дистрофия плечевого и тазового пояса: наследуется по аутосомно-доминантному типу и т.д. Генетическое многообразие генных болезней. Изучение наследственных заболеваний у человека свидетельствует о том, что нередко сходное фенотипическое проявление болезни бывает обусловлено несколькими различными мутациями. Это явление впервые было описано в 30-х гг. С. Н. Давиденковым и названо генетической гетерогенностью наследственных заболеваний. Генетическая гетерогенность наследственных болезней может быть обусловлена мутациями разных генов, кодирующих ферменты одного метаболического пути, а также мутациями одного и того же гена, приводящими к появлению разных его аллелей. Среди рассмотренных выше наследственных болезней особенно высокой степенью генетического полиморфизма отличаются мукопо-лисахаридозы, генетическая разнородность которых объясняется множественными мутациями в 11—12 генах, связанных общей функцией расщепления полисахаридов. Большой генетической гетерогенностью характеризуется врожденная аутосомно-рецессивная форма глухоты, при которой различают не менее 35 генетически различных вариантов с фенотипически сходным проявлением. Большие перспективы в расшифровке наследственной гетерогенности генных болезней открываются в связи с применением молекулярно-генетических методов их прямого анализа с помощью ДНК-зондов. Клиническое многообразие наследственных болезней. Разнообразие клиники наследственных болезней проявляется в различии времени начала заболевания, в спектре и степени выраженности симптомов, в течении и исходе у разных больных. Например, наследуемая по аутосомно-доминантному типу хорея Гентингтона, при которой поражаются базальные ганглии головного мозга, клинически начинает проявляться в виде непроизвольных движений в разном возрасте, но чаще в 40—45 лет. С временем начала клинического проявления связана и тяжесть течения заболевания. О клиническом полиморфизме можно говорить лишь в отношении генетически определенной наследственной формы. Причины клинического полиморфизма могут быть как генетическими, так и средовы-ми. К генетическим причинам можно отнести действие генов-модификаторов на проявление патологически измененного гена и сложную систему разнообразных взаимодействий между ним и другими генами. Кроме того, разнообразие клинического проявления наследственных заболеваний может зависеть от факторов среды, в которой развивается организм и которая влияет на проявление патологически измененных генов.

46. Хромосомные мутации: делеции, дубликации, инверсии, транслокации. Полиплоидия, гетероплоидия, их механизм.

Хромосомные мутации (абберации) – мутации, возникшие в результате изменения структуры хромосомы. Разрывы хромосом закономерно происходят в ходе кроссинговера, когда они сопровождаются обменом участками соответствующих хромосом. Нарушение кроссинговера, при котором хромосомы обмениваются неравноценным генетическим материалом, приводит к появлению новых групп сцепления, где отдельные участки выпадают – делеции – или удваиваются – дупликации. При таких перестройках изменяется число генов в группе сцепления. Разрывы хромосом могут также возникать при физических и химических воздействиях. Нарушение целостности хромосомы может вызвать поворот ее участка, находящегося между двумя разрывами на 180 – инверсия. В зависимости от того, включает ли данный участок область центромеры или нет, различают парацентрические и перицентрические инверсии. Фрагмент хромосомы, отделившийся от нее при разрыве, может прикрепиться к другой хромосоме – транслокация. Нередко две поврежденные негомологичные хромосомы взаимно обмениваются оторвавшимися участками – реципрокная транслокация. Возможно присоединение фрагмента к своей же хромосоме, но в новом месте – транспозиция. Особую категорию составляют абберации, связанные с центрическим слиянием или разделением хромосом, когда две негомологичные хромосомы объединяются в одну – робертсоновская транслокация, или одна хромосома образует 2. Изменения структуры хромосом в предшественниках гамет сопровождаются нарушением процесса конъюгации гомологов в мейозе и их последующего расхождения. Делеции и дупликации участка 1 из хромосом сопровождаются при конъюгации образованием петли гомологом, имеющим избыточный материал. Реципрокная транслокация между 2 негомологичными хромосомами приводит к образованию при конъюгации не бивалента, а квадрилента, в котором хромосомы образуют фигуру креста благодаря растягиванию гомологичных участков, расположенных в разных хромосомах. Геномные мутации возникают в результате изменения числа хромосом. Причиной структурных изменений мржет быть нарушение процессов, обеспечивающих его устойчивость. Нарушение расхождения бивалентов в анафазе 1 является причиной изменения количества хромосом в гаплоидном наборе гамет. Нерасхождение отдельного бивалента приводит к появлению одной гаметы, лишенной данной хромосомы, и другой, имеющей эту группу сцепления в двойном количестве. Оплодотворение таких гамет половыми клетками приводит к появлению особей, в кариотипе которых изменено общее число хромосом за счет уменьшения или увеличения числа отдельных хромосом. Нарушение структуры генома, заключающиеся в изменении количества отдельных хромосом, называют анэуплоидией. Если в целом повреждается механизм распределения гомологичных хромосом между полюсами веретена, клетка остается неразделившейся. Во второе деление мейоза она вступает диплоидной. Из нее образуются диплоидные гаметы. Оплодотворение приводит к появлению триплоидных организмов. Увеличение в кариотипе зиготы числа наборов хромосом называют полиплоидией.

47. Спонтанные и индуцированные мутации. Мутагены. Мутагенез и канцерогенез. Генетическая опасность загрязнения окружающей среды. Меры защиты.

Мутации делятся на спонтанные и индуцированные. Спонтанные мутации возникают самопроизвольно на протяжении всей жизни организма в нормальных для него условиях окружающей среды с частотой около 10 ^{− 9} — 10 ^{− 12} на нуклеотид за клеточную генерацию. Индуцированными мутациями называют наследуемые изменения генома, возникающие в результате тех или иных мутагенных воздействий в искусственных (экспериментальных) условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды. Мутации появляются постоянно в ходе процессов, происходящих в живой клетке. Основные процессы, приводящие к возникновению мутаций — репликация ДНК, нарушения репарации ДНК и генетическая рекомбинация. Мутагены (равно и вызываемые ими мутации) классифицируют по происхождению (источнику) на эндогенные и экзогенные, а по природе на физические, химические и биологические. Экзогенные мутагены. Их большинство, к ним относятся различные и многочисленные факторы внешней среды (например, радиационное излучение, алкилирующие агенты, окислители, многие вирусы). Эндогенные мутагены образуются в процессе жизнедеятельности организма (например, мутации могут возникать под влиянием свободных радикалов, продуктов липопероксидации). Физические мутагены — ионизирующее излучение и температурный фактор: ионизирующее излучение (например, а-, (3-, у-лучи, рентгеновское излучение, нейтроны); радиоактивные элементы (например, радий, радон, изотопы калия, углерода и т.д. — источники ионизирующего излучения); УФ-излучение; чрезмерно высокая или низкая температура. Химические мутагены — самая многочисленная группа мутагенов. К химическим мутагенам относятся: - сильные окислители или восстановители (например, нитраты, нитриты, активные формы кислорода); алкилирующие агенты (например, йодацетамид); пестициды (например, гербициды, фунгициды); некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты); продукты переработки нефти; органические растворители; Л С (например, цитостатики, содержащие ртуть средства, иммунодеп-рессанты); другие химические соединения. Биологические мутагены: - вирусы (например, кори, краснухи, гриппа); - Аг некоторых микроорганизмов. Мутагенез — это внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез.последовательность событий приводящая к мутации (внутри хромосомы) выглядит следующим образом: Происходит повреждение ДНК.В случае, если повреждение произошло в незначащем (интрон) фрагменте ДНК, то мутации не происходит.В случае если повреждение произошло в значащем фрагменте (экзон), и произошла корректная репарация ДНК, или вследствие вырожденности генетического кода не произошло нарушения, то мутации не происходит.Только в случае такого повреждения ДНК, которое произошло в значащей части, которое не было корректно репарированно, которое изменило кодировку аминокислоты, или которое привело к выпадению части ДНК и соединению ДНК вновь в единую цепь — то оно приведет к мутации.Мутагенез на уровне генома также может быть связан с инверсиями, делециями, транслокациями, полиплоидией, и анеуплоидией, удвоением, утроением (множественной дупликацией) и т. д. некоторых хромосом. Канцерогенез – процесс зарождения и развития опухоли. Основными генетическими механизмами, запускающими процесс канцерогенеза, у человека являются мутации генов двух групп семейств, контролирующих процессы жизнеобеспечения клетки: протоонкогенов и антионкогенов (генов-супрессоров опухолевого роста). В настоящее время установлено, что при канцерогенезе изменения происходят на молекулярно-генетическом уровне и затрагивают механизмы, отвечающие за размножение, рост и дифференцировку клеток. Согласно мутационной концепции в основе его лежат хромосомные или геномные мутации. В дальнейшем показано, что канцерогенез может происходить без структурных изменений в геноме, а обнаруживаемые в опухолевых клетках хромосомные и геномные мутации являются следствием перерождения клеток. По вирусно-генетической концепции мутагены и канцерогены стимулируют активность вирусов, их геном включается в ДНК клетки и изменяет ее свойства. По эпигеномной концепции в основе превращения нормальной клетки в опухолевую лежат стойкие нарушения регуляции генной активности. По концепции онкогена ДНК клеток любого организма содержит протоонкогены, которые приходят от вирусов или вносятся интегративными вирусами. Они длительное время могут находиться в репрессированном состоянии. Активирование протоонкогенов может вызвать их мутация, внесение в клетку промотора вируса и др. Они преобразуются в онкогены, которые детерминируют синтез трансформирующих белков , превращающих нормальную клетку в опухолевую. Опухолевые клетки содержат специфические белки, то они, в основном, элиминируются из организма ИС. Развитие опухолей происходит при нарушении этой функции.

48. Репарация генетического материала. Фотореактивация. Темновая репарация. Мутации, связанные с нарушением репарации и их роль в патологии.

Внутриклеточный процесс, обеспечивающий восстановление поврежденной структуры молекулы ДНК. Впервые возможность была установлена в 1948 Кельнером и Рупертом. При УФ-облучении фагов, бактерий и простейших наблюдается резкое снижение их жизнедеятельности. Однако их выживаемость значительно увеличивается, если воздействовать на них видимым светом. Оказалось, что под действием УФ в ДНК образуются димеры, что препятствуют считыванию информации. Видимый свет активирует ферменты, разрушающие димеры. Темновая (эксцизионная) заключается в нахождении и удалении поврежденного участка нити ДНК путем его вырезания, в синтезе и вставке нового фрагмента с участием 4 групп ферментов. В 4 стадии: эндонуклеаза узнает поврежденный участок и рядом с ним разрывает нить ДНК, экзонуклеаза вырезает поврежденный участок, ДНК-полимераза по принципу комплементарности синтезирует фрагмент ДНК на месте разрушенного. Лигаза сшивает концы ресинтезированного участка с основной нитью ДНК. В случае сильного повреждения ДНК – образования двухцепочечных разрывов, обширных однонитевых брешей, сшивок между цепочками – функционирует система рекомбинационной репарации, при которой поврежденная ДНК исправляется за счет рекомбинации с полноценной копией генетического материала, если та присутствует в клетке. Межцепочечные сшивки , вызванные бифункциональными алкилирующими агентами репарируются по пути рекомбинационной репарации. Если клетка подошла к моменту, когда нужно реплицировать ДНК, но в ней остались повреждения, которые ни одна из систем репарации не может устранить, то репликация застопорится на первом же неустраненном поражении , и если их в ДНК много, то клетка должна погибнуть. В этих условиях в клетки активируется механизм СОС-репарации. При этом индуцируется синтез белков, которые присоединяются к ДНК полимеразному комплексу., загрубляют его работу и такой подпорченный комплекс становится способным строить дочернюю ДНК напротив дефектных звеньев матричной нити, но в дочерней нити появляется довольно много ошибок. ДНК клетки становится удвоенной, хоть и с ошибками. Если их слишком много, то клетка погибнет.

49. Цитоплазматическая наследственность.

Наличие некоторого количества наследственного материала в цитоплазме в виде кольцевых молекул ДНК митохондрий и пластид, а также других внеядерных генетических элементов дает основание специально остановиться на их участии в формировании фенотипа в онтогенезе. Цитоплазматические гены не подчиняются менделеевским законам наследования. Наследование осуществляется по материнской линии. Известно, что в некоторых органоидах клетки (митохондриях, пластидах у растительных клеток) имеется небольшое количество РНК. Митохондриальная ДНК представляет собой кольцевую молекулу и содержит всего около полутора десятков генов и целый ряд последовательностей, кодирующих различные РНК. При оплодотворении в яйцеклетку не попадают митохондрии сперматозоида, поэтому в зиготе оказываются только митохондрии, унаследованные по материнской линии вместе с цитоплазмой яйцеклетки. Это явление получило название цитоплазматической наследственности. В случае наследственности, связанной с митохондриальной ДНК, наблюдается неменделевский тип наследования, при котором наследование идет по материнской линии - от матери ко всем детям. В качестве примера можно привести митохондриальную цитопатию. При этом заболевании отмечаются структурные дефекты митохондрий. Клинически болезнь проявляется в аномалиях нервной системы, мышечной слабости, нарушениях работы почек. Материнский тип наследования наблюдается в некоторых случаях биполярной депрессии. Это заболевание может быть связано со многими генами, но у части больных обнаруживается, что у них больше больных родственников по материнской линии, чем по отцовской. В одной работе было, в частности, обнаружено, что у 7 из 32 (22%) исследованных больных биполярной депрессией болезнь наследовалась в семье исключительно по материнской линии (McMahon et al., 1995). Это заставляет думать, что по крайней мере в некоторых случаях биполярная депрессия может быть связана с митохондриальной наследственностью

50. Биология развития. Жизненные циклы организмов как отражение их эволюции. Онтогенез и его периодизация. Прямое и непрямое развитие.

Биология развития – раздел биологии, изучающий закономеерности индивидуального развития (онтогенеза) филогенетически разнообразных животных и растительных организмов с привлечением широкого спектра методов сопредельных дисциплин: биофизики, биохимии, физиологии, молекулярной биологии и генетики. Биология развития возникла от одного из разделов экспериментальной эмбриологии – механики развития. С расширением методического арсенала расширялась сфера влияния этого направления. В настоящее время биология развития охватывает весь онтогенез биологических систем в целом, претендуя на разрешение чрезвычайно широкого круга фундаментальных проблем, включая проблемы реализации генетической информации, молекулярно-генетические механизмов дифференцировки клеток, умножения клеток и межклеточных взаимодействий и т.д. и т.п., на всем протяжении существования живых систем, в норме и при патологии. Жизненный цикл (цикл развития) - это совокупность всех фаз развития, начиная от оплодотворённой яйцеклетки (зиготы) и заканчивая той фазой, на которой организм способен дать начало следующему поколению. У животных различают простой жизненный цикл (прямое развитие) и сложный жизненный цикл (непрямое развитие). При прямом развитии зародышевый период заканчивается рождением молодой формы, которая общим, планом строения сходна со зрелой формой, а различия между ними заключаются лишь в размерах, а также в структурно-функциональной незрелости систем органов. Этот тип присущ преимущественно животным, откладывающим яйца с большим содержанием желтка (паукообразные, позвоночные животные). Млекопитающим и человеку свойственен прямой тип развития, но с той отличительной особенностью, что после рождения молодой организм не способен к самостоятельному образу жизни и нуждается в секрете молочных желез материнского организма. Непрямое развитие, или развитие с метаморфозом, свойственно видам, откладывающим яйца. Развитие с большим количеством желтка. Непрямое развитие полным превращены- характеризуется присутствием хотя бы одной ли-ем (с полным мета- чиночной стадии, на которой организм суморфозом) майского щественно отличается от взрослого животного, жука При развитии с метаморфозом жизненный цикл прослеживается в течение развития одной особи (у майского жука, например: яйцо-личинка-куколка-имаго; у лягушки: яйцо-головастик-взрослая особь). Совокупность процессов, обусловливающих превращение личиночной формы во взрослую, называется метаморфозом. Личинки могут иметь органы захвата и переработки пищи (многие насекомые), тогда как другие обладают лишь способностью к расселению (мирацидий и церкарий сосальщиков). Развитие с метаморфозом встречается не только у беспозвоночных животных (кишечнополостные, плоские и круглые черви, моллюски, членистоногие), но и у хордовых (оболочники, земноводные). Развитие с превращением появилось в ходе эволюции как приспособление к условиям обитания, повышающее выживаемость особей вида. Нередко оно связано с переходом личиночных стадий в иную среду обитания. У насекомых метаморфоз подразделяют на полный и неполный. В последнем случае (развитие с неполным метаморфозом) из яйцевых оболочек выходит нимфа - маленькое насекомое, напоминающее строением взрослый организм и отличающееся от последнего размерами, отсутствием крыльев и неразвитостью органов половой системы. По мере сопровождающегося несколькими линьками роста, созревания желёз, а также появления крыльев и наружных половых придатков нимфа превращается во взрослое насекомое. При развитии с полным метаморфозом освобождающаяся из яйцевых оболочек личинка (например, гусеница у бабочек) резко отличается от взрослой особи. Личинка в процессе роста несколько раз линяет и вступает в стадию куколки (рис. 90). На этой стадии личиночные органы расщепляются (подвергаются гистолизу), а из особых зачатков - имагинальных дисков формируются органы взрослого насекомого. Взрослая особь (имаго) покидает покровы куколки, при этом остававшиеся долгое время в свёрнутом состоянии органы после поступления в них крови расправляются. Метаморфизм может осложняться чередованием поколений, размножающихся бесполым или половым путём (например, у трематод). Индивидуальное развитие особи, начиная с зиготы и заканчивая смертью (или делением), получило название онтогенеза. Термин «онтогенез» введён в 1866 году Э. Геккелем (1834-1919). Процессы развития, составляющие жизненный цикл, а также онтогенез в целом являются закономерным результатом длительного исторического развития вида - филогенеза. Все морфологические, физиологические, биохимические, этологические и другие признаки, которые развиваются на определённых стадиях онтогенеза и обеспечивают приспособление организма к соответствующим условиям среды на различных стадиях развития, сформировались у вида в ходе его эволюционного становления и находятся в закодированном виде в его геноме. Обобщения в области взаимоотношений онтогенеза и филогенеза (индивидуального и исторического развития), установленные в 1864 году немецким зоологом Ф. Мюллером (1821-1897), сформулированные в 1866 году немецким биологом Э. Геккелем, получили название биогенетического закона: онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение (рекапитуляция) филогенеза данного вида. Филогенез, по Э. Геккелю, осуществляется главным образом путём появления («наращивания») новых стадий в конце онтогенеза, поэтому он является механической причиной онтогенеза. Однако онтогенез и число повторяемых в ходе него филогенетических стадий постепенно сокращаются. Кроме того, на всех стадиях онтогенеза возникают новые признаки, связанные с развитием приспособлений организмов к условиям их существования на соответствующих стадиях. Эти признаки, нарушающие рекапитуляцию, Э, Геккель назвал ценогенезами, в отличие от консервативных признаков и процессов - палингенезов. Биогенетический закон позволяет использовать данные эмбриологии для воссоздания хода филогенеза. Последующие исследования онтогенеза многих организмов показали, что рекапитулируют лишь отдельные признаки и процессы. Рекапитуляция целых филогенетических стадий, как полагал Э. Геккель, не происходит из-за обилия в любом конкретном онтогенезе ценогенезов. В 1910 году А.Н. Северцов (1866-1936) разработал теорию филэм-бриогенезов, сущность которой заключается в следующем: эволюция организмов происходит на основе наследственных изменений, происходящих на любых стадиях онтогенеза (архаллаксис, девиация, анаболия). Основное положение теории филэмбриогенезов - первичность онтогенетических изменений по отношению к филогенетическим. Путём филэм-бриогенеза происходят изменения как взрослого организма (анаболия), так и организма, находящегося на промежуточных (девиация) и начальных (архаллаксис) стадиях его развития. Биогенетический закон применим только в случаях эволюции онтогенеза данного вида путём надставки его последних стадий - анаболии. В ходе онтогенеза в конкретных условиях среды реализуется наследственная программа, закодированная в ДНК синкариона зиготы. В онтогенезе выделяют следующие основные периоды: а) предзародышевый (проэмбриональный, предэмбрионалъный), включающий развитие половых клеток (гаметогенез) и оплодотворение; б) зародышевый (эмбриональный), начинающийся с образования зиготы и заканчивающийся выходом организма из яйцевых или зародышевых оболочек; в) послезародышевый (постэмбриональный), включающий развитие с момента выхода из яйцевых (зародышевых) оболочек-go смерти организма. У плацентарных млекопитающих и человека выделяют дородовой (антенатальный) и послеродовой (постнатальный) периоды, соответствующие эмбриональному и постэмбриональному периодам. Первый период развития происходит под покровом яйцевых оболочек (у плацентарных - в утробе материнского организма) и характеризуется ограниченным опосредованным действием факторов окружающей среды на развивающийся организм. Эмбриональный и постэмбриональный периоды разделяют на стадии. Эмбриональный период включает следующие стадии: зигота, дробление (образование однослойного зародыша - бластулы), гаструляция (образование двух- или трехслойного зародыша), гистогенез (образование тканей), первичный органогенез (образование первичных органов), окончательный (дефинитивный) органогенез (образование органов зрелого организма). В постэмбриональном периоде выделяют стадию раннего постна-талъного онтогенеза (до приобретения структурно-функциональной и репродуктивной зрелости) и стадию позднего постнатального онтогенеза (зрелое состояние и старение организма). Применительно к человеку разработана отдельная периодизация онтогенеза. Антенатальный (дородовой) период включает зародышевую стадию (первые 8 недель развития), на которой организм называется зародышем, и плодную стадию (с 9-ой недели развития), на которой организм (плод) приобретает характерные наружные черты строения. В постнатальном периоде на основании результатов исследования возрастной физиологии и медицины выделяют: 1) возраст новорождённого; 2) грудной возраст; 3) дошкольный возраст; 4) школьный возраст; 5) половое созревание (пубертатный период). На основе общебиологических закономерностей в постнатальном периоде онтогенеза человека выделяют: до-репродуктивную, зрелую (активную репродуктивную) и пострепродуктивную стадии. Другие авторы подразделяют постнатальный онтогенез человека на стадию развития дефинитивного фенотипа, стадию стабильного функционирования органов и систем, стадию старения организма

51. Общая характеристика эмбрионального развития: предзиготный период, оплодотворение, зигота, дробление, гаструляция, гисто- и органогенез. Зародышевые оболочки. Взаимоотношение материнского организма и плода.

Оплодотворение — это процесс слияния половых клеток. Образующаяся в результате оплодотворения диплоидная клетка — зигота — представляет собой начальный этап развития нового организма. Процесс оплодотворения складывается из трех последовательных фаз: а) сближения гамет; б) активации яйцеклетки; в) слияния гамет, или сингамии. 1. Сближение сперматозоида с яйцеклеткой обеспечивается совокупностью неспецифических факторов, повышающих вероятность их встречи и взаимодействия. К ним относят скоординированность наступления готовности к оплодотворению у самца и самки, поведение самцов и самок, обеспечивающее совокупление и осеменение, избыточную продукцию сперматозоидов, крупные размеры яйцеклетки, а также вырабатываемые яйцеклетками и сперматозоидами химические вещества, способствующие сближению и взаимодействию половых клеток. Эти вещества, называемые гамонами (гормоны гамет), с одной стороны, активируют движение сперматозоидов, а с другой — их склеивание. В особой структуре сперматозоида — акросоме —локализуются протеолитические ферменты. У млекопитающих большое значение имеет пребывание сперматозоидов в половых путях самки, в результате чего мужские половые клетки приобретают оплодотворяющую способность (капацитация), т.е. способность к акросомной реакции. В момент контакта сперматозоида с оболочкой яйцеклетки происходит акросомная реакция, во время которой под действием протеолитических ферментов акросомы яйцевые оболочки растворяются. Далее плазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются и через образующийся вследствие этого цитоплазматический мостик цитоплазмы обеих гамет объединяются. Затем в цитоплазму яйца переходят ядро и центриоль сперматозоида, а мембрана сперматозоида встраивается в мембрану яйцеклетки. Хвостовая часть сперматозоида у большинства животных тоже входит в яйцо, но потом отделяется и рассасывается, не играя какой-либо роли в дальнейшем развитии. 2. В результате контакта сперматозоида с яйцеклеткой происходит ее активация. Она заключается в сложных структурных и физико-химических изменениях. Благодаря тому что участок мембраны сперматозоида проницаем для ионов натрия, последние начинают поступать внутрь яйца, изменяя мембранный потенциал клетки. Затем в виде волны, распространяющейся из точки соприкосновения гамет, происходит увеличение содержания ионов кальция, вслед за чем также волной растворяются кортикальные гранулы. Выделяемые при этом специфические ферменты способствуют отслойке желточной оболочки; она затвердевает, это оболочка оплодотворения. Все описанные процессы представляют собой так называемую кортикальную реакцию. Одним из значений кортикальной реакции является предотвращение полиспермии, т.е. проникновения в яйцеклетку более одного сперматозоида. У млекопитающих кортикальная реакция не вызывает образования оболочки оплодотворения, но суть ее та же. У таких животных, как морской еж, костистые рыбы и земноводные, все изменения цитоплазмы сопровождаются видимыми морфологическими перестройками. Эти явления получили название расслоения или сегрегации плазмы. Значение ее для дальнейшего эмбрионального развития будет рассмотрено ниже. Активация яйцеклетки завершается началом синтеза белка на трансляционном уровне, поскольку мРНК, тРНК, рибосомы и энергия были запасены еще в овогенезе. Активация яйцеклетки может начаться и протекать до конца без ядра сперматозоида и без ядра яйцеклетки, что доказано опытами по энуклеации зиготы. 3. Яйцеклетка в момент встречи со сперматозоидом обычно находится на одной из стадий мейоза, заблокированной с помощью специфического фактора. У большинства позвоночных этот блок осуществляется на стадии метафазы II; у многих беспозвоночных, а также у трех видов млекопитающих (лошади, собаки и лисицы) блок происходит на стадии диакинеза. В большинстве случаев блок мейоза снимается после активации яйцеклетки вследствие оплодотворения. В то время как в яйцеклетке завершается мейоз, ядро сперматозоида, проникшее в нее, видоизменяется. Оно принимает вид интерфазного, а затем профазного ядра. За это время удваивается ДНК и мужской пронуклеус получает количество наследственного материала, соответствующего п2с, т.е. содержит гаплоидный набор редуплицированных хромосом. Ядро яйцеклетки, закончившее мейоз, превращается в женский пронуклеус, также приобретая п2с. Оба пронуклеуса проделывают сложные перемещения, затем сближаются и сливаются (синкарион), образуя общую метафазную пластинку. Это, собственно, и есть момент окончательного слияния гамет — сингамия. Первое митотическое деление зиготы приводит к образованию двух клеток зародыша (бластомеров) с набором хромосом 2n2c в каждом. Зигота – клетка, образовавшаяся в результате оплодотворения. Существует некоторе время и вступает в фазу дробления. Дробление – митотическое деление зиготы, при котором бластомеры не увеличиваются в размерах, и ЯЦО (ядерно-цитоплазматическое отношение) в них приближается к ЯЦО соматических клеток. В результате дробления образуется бластула, которая имеет бластодерму и бластоцель. Способ дробления зависит от количества, плотности и характера распределения желтка в яйцеклетке. Поверхностное – центролецитальное (насекомое), полное равномерное ассинхронное (человек) – изолецитальное, полное равномерное синхронное (ланцетник) – изолецитальное, полное неравномерное асинхронное – (лягушка) умеренно телолецитальное, частично дискоидальное ассинхронное (птица) резко телолецитальное. Гаструляция – образование двухслойного зародыша. Гипотезы: разный темп деления клеток в разных частях зародыша, механическое давление делящихся клеток друг на друга, характер взаимодействия и сцепления между клетками, способность клеток к движению, различный химический состав клеток. Инвагинация – впячивание бластодермы внутрь бластоцеля целым пластом (ланцетник); эпиболия – обрастание клетками анимального полюса более крупных клеток вегетативного полюса (амфибии), деламинация – расслоение клеток бластодермы на 2 слоя, лежащих друг над другом (рептилии, птицы). Иммиграция – перемещение групп или отдельных клеток, не объединенных в единый пласт (высшие позвоночные).Смешанный (человек). Энтероцельный способ образования мезодермы – с двух сторон от первичной кишки образуются выпячивания – карманы (целомические мешки), которые полностью отшнуровываются от первичной кишки, разрастаются между экто- и энтодермой и превращаются в мезодерму (хордовые). Телобластический – вблизи бластопора с 2 сторон первичной кишки образуется по одной крупной клетке – телобласту. В результате размножения телобластов и образуется мезодерма. Эктодерма на спинной стороне зародыша прогибается, образуя продольный желобок, края которого смыкаются. Образовавшаяся нервная трубка опускается под эктодерму. Спинная часть энтодермы, расположенная под нервным зачатком, постепенно обособляется и образует хорду. Из энто- и эктодермы образуется кишечная трубка. Эктодерма – эпидермис, кожные железы, волосы, эмаль, конъюнктива, хрусталик, сетчатка глаза, уши, эпителиальная выстилка носа и ротовой полости, анального отверстия и влагалища, передняя и задняя доля гипофиза, ЦНС, мозговое вещество надрочечников, челюсти. Мезодерма – скелетные мышцы, диафрагма, мышцы стенки тела, позвонки, дерма, дентин, почечные канальцы, мочеточники, яйцеводы, матка, части яичников и яичек, кора надпочечников, гладкая мускулатура, сердце, кровеносные сосуды, кровь, лимфатические системы, легкие, соединительная ткань, склера, сосудистая и роговая оболочки глаза. Энтодерма – хорда, большая часть пищеварительного тракта, выстилка кишечника, мочевого пузыря, легких, печень, поджелудочная, щитовидная, подщитовидная, тимус. В процессе эмбрионального развития у позвоночных формируется ряд зародышевых оболочек, которые играют большую роль в развитии эмбриона. Самая примитивная из зародышевых оболочек — это желточный мешок, который впервые появляется у рыб. Желточный мешок  представляет собой мембрану, пронизанную сетью кровеносных сосудов; он расположен снизу под эмбрионом, вокруг желтка, и служит для переноса питательных веществ из желтка к зародышу. Желточный мешок имеет очень большое значение у птиц п у рептилий, яйца которых содержат много желтка. Несмотря на то, что у млекопитающих желток почти или совсем отсутствует, желточный мешок у них все же развивается и в нем образуются первые кровяные островки, а затем и кровеносные сосуды эмбриона, но на более поздних стадиях зародышевого развития эта оболочка превращается в маленький рудиментарный орган. Вторая зародышевая оболочка — амнион — формируется вокруг эмбриона у наземных позвоночных; амнион наполнен амниотической жидкостью, в которую погружен зародыш. Таким образом, эмбрионы наземных позвоночных находятся в водной среде, несмотря на то что взрослые животные обитают на суше. Амниотическая жидкость служит опорой для нежного зародыша и защищает его от повреждений. Третья оболочка — аллантоис — образуется из заднего конца первичной кишки. У пресмыкающихся и птиц эта оболочка расположена вокруг амниона и желточного мешка и прилегает к скорлупе яйца. Аллантоис у этих животных функционирует в качестве эмбриональных легких, поглощая кислород и выделяя углекислый газ через скорлупу яйца. В птичьем яйце, вскрытом в конце периода насиживания, можно видеть непосредственно под скорлупой эту пронизанную кровеносными сосудами зародышевую оболочку. У млекопитающих аллантоис разрастается и, соприкасаясь со стенкой матки, образует часть плаценты. Кислород и питательные вещества из крови матери проходят через плаценту и по пупочному канатику переносятся эмбриональной кровью в организм зародыша. Продукты жизнедеятельности эмбриона проходят через плаценту и поступают в кровь матери. Четвертая оболочка — хорион — не играет существенной роли в развитии эмбрионов птиц и рептилий; хорион в яйцах этих животных примыкает непосредственно к скорлупе яйца, но практически не функционирует. У млекопитающих роль хориона, напротив, очень важна: он прорастает слизистую матки и адсорбирует питательные вещества на той, самой ранней стадии формирования зародыша, когда еще не развились ни кровеносные сосуды, ни аллантоис. Хорион также принимает участие в образовании плаценты; кроме того, в нем вырабатывается гормон, играющий большую роль в нормальном развитии эмбриона.Является единой функциональной системой, возникающей сразу же после зачатия система "мать – плацента – плод". Направлена система "мать – плацента – плод" на поддержание оптимальных условий развития эмбриона, а затем плода в организме и связана со сложными и взаимообусловливающими адаптационными процессами. Впервые учение о функциональных системах было предложено П. К. Анохиным в 30–60-х гг. XX в. Тогда он определил функциональную систему как динамическую, саморегулирующуюся организацию, избирательно объединяющую структуры и процессы на основе нервных и гуморальных механизмов регуляции для достижения важных для системы и организма в целом приспособительных результатов. Функциональная система имеет разветвленный аппарат, обеспечивающий за счет присущих ей закономерностей эффект как гомеостаза, так и саморегуляции. С физиологической точки зрения само понятие «функциональная система» несет в себе не только простое сосуществование отдельных ее элементов, но и их взаиморегулирующее и взаимозависимое содействие. Исходя из этого функциональная система "мать – плацента – плод" имеет ряд особенностей: 1) срок существования данной функциональной системы ограничен сроком беременности, т. е. непосредственно временем развития эмбриона и плода до момента рождения; 2) данная функциональная система может сформироваться только в организме женщины со всеми присущими ему физиологическими особенностями; 3) при формировании и становлении функциональной системы мать – плацента – плод задействованы как нормальные с точки зрения анатомии и физиологии процессы, так и патологические, которые также необходимы для прогрессирования гестационного процесса и развития плода (инвазивный рост трофобласта, гестационные изменения спиральных артерий и др.); 4) во время становления и существования данной функциональной системы имеют место определенные «критические периоды», определяющие либо само дальнейшее ее существование, либо существенные отклонения в нормальном развитии плода; 5) конечной целью функциональной системы мать – плацента – плод является не только рождение живого и жизнеспособного ребенка, но и оптимальная адаптация организма матери к гестационному процессу (т. е. физиологическому течению беременности). Нормальное развитие центральной нервной системы плода невозможно без наличия афферентной импульсации от сердца, являющегося первым работающим органом у плода. А уже после девятой недели, когда появляются двигательные реакции плода, поступление импульсации происходит и с рецепторов скелетных мышц. В свою очередь после начала дыхательных движений (двенадцатая неделя беременности) начинается импульсация в дыхательные центры плода. Патология недоразвития мышечной системы плода происходит из-за недостатка двигательной активности плода, что в свою очередь сочетается с недостаточной импульсацией в центральную нервную систему. Все это приводит к замедлению развития центров, регулирующих деятельность мышц (в том числе дыхательных), и нарушению многих других функций развивающегося плода. Все системы жизнеобеспечения, необходимые после рождения плода, формируются до рождения, они также проходят специальные проверки на готовность и тренировки. Система "мать – плацента – плод". Как уже отмечалось, все процессы, связанные с функционированием системы мать – плацента – плод, направлены не только на нормальное формирование всех систем плода, но и на полноценную адаптацию организма матери. Следует отметить, что вся последовательность формирования и дальнейшего функционирования этой системы генетически запрограммирована. Например, получение кислорода извне обеспечивается гемодинамической функциональной системой "мать – плацента – плод" , являющейся подсистемой общей функциональной системы мать – плод. Ее развитие происходит первой в самом раннем периоде онтогенеза. В ней одновременно формируется фетоплацентарное и маточно-плацентарное кровообращение. Можно выделить два потока крови в плаценте: 1) поток материнской крови, поступающей посредством гемодинамики крови в организме матери; 2) поток крови плода, зависящий от реакций его сердечно-сосудистой системы. Во время беременности поток поступающей к плаценте крови неоднороден, наибольший приток крови отмечается к концу беременности. Основным моментом обеспечения кровью плаценты являются сокращения миометрия. Поэтому при патологических состояниях (повышение тонуса миометрия, угроза самопроизвольного выкидыша или преждевременных родов) происходит уменьшение поступления крови к плаценте, а, следовательно, и к плоду, что может вызвать нарушения со стороны нормального развития плода. Определенное и достаточно сложное развитие имеет эндокринная функция системы мать – плацента – плод. Рассмотреть весь этот процесс возможно на примере синтеза эстриола. Изначально все ферментные системы, необходимые для продукции эстрогенов, распределены между плодом (его надпочечниками и печенью), плацентой и надпочечниками матери. Первый этап биосинтеза эстрогенов происходит во время беременности в плаценте путем гидроксилирования молекулы холестерина. Образовавшийся прегненолон из плаценты поступает в надпочечники плода, где происходит его трансформация в дегидроэпиандростерон (ДЭА). ДЭА поступает в последующем с венозной кровью обратно в плаценту, где под влиянием определенных ферментных систем подвергается ароматизации и превращается в эстрон и эстрадиол. В дальнейшем еще более сложный гормональный обмен между организмом матери и плода превращает эти соединения в эстриол (основной эстроген фетоплацентарного комплекса).

52. Общие закономерности онтогенеза многоклеточных. Реализация наследственной информации в становлении фенотипа.

Онтогенез многоклеточных сопровождается рядом общих основных процессов: рост – увеличение числа клеток, их объема; гистогенез – образование и дифференцировка тканей; органогенез – образование органов и систем органов; морфогенез – формирование внутренних и внешних морфологических признаков; физиолого-биохимические преобразования. Все это происходит на основе биохимической, физиологической, генетической и морфологической дифференцировки клеток, тканей и органов. В ходе онтогенеза возникает ряд особенностей, обеспечивающих приспособление организма к окружающей среде. В широком смысле генотип — это сово­купность всех наследственных факторов организма (ядерных и цитоплазматических). В более узком смысле под генотипом по­нимают совокупность всех генов организма, локализованных в хромосомах. Это программа развития, обусловленная историей развития вида. Фенотип – это совокупность всех признаков и свойств орга­низма, которые можно учесть при морфологических, анатомиче­ских, физиологических и цитологических исследованиях. Иначе, фенотип можно определить как результат реализации генотипа в ходе онтогенеза при определенных условиях внешней среды, для которого характерна система признаков и свойств организма. Любой признак организма, в конечном счете, определяется всем генотипом, а каждый ген обладает множественным (плейотропным) эффектом. В фенотипе никогда не реализуются все генотипические воз­можности, т. е. фенотип каждой особи есть лишь частный случай проявления ее генотипа в определенных условиях развития. Например, генотипически одинаковые растения при выращивании их в контрастирующих условиях будут иметь различные фенотипы. Вследствие развития и жизни в разных условиях однояйцевые близнецы могут значительно различаться между собой во взрос­лом состоянии. Следовательно, реализация генотипа в фенотипе обусловлена особенностями онтогенеза и конкретными условия­ми внешней среды, в которых осуществляется развитие. Нормальным может быть назван такой фенотип, который воз­никает в оптимальных условиях среды под контролем нормаль­ного или «дикого» генотипа. Изменения внешней среды или гено­типа могут вызвать отклонения от нормального фенотипа, т. е. степень изменения фенотипа находится в зависимости от степе­ни изменения среды и генотипа. Наличие определенных генов еще не означает, что их действие завершится развитием определенных признаков. На действие многих генов часто оказывают влияние изменения внешних усло­вий. Например, хорошо известно, что синтез хлорофилла, кото­рый контролируется действием генов, не может происходить в темноте и для этого процесса обязательно наличие света. Подоб­ное наблюдается и при образовании антоциана у растений. Без необходимых условий освещения гены, контролирующие образо­вание этого пигмента, действуют очень слабо или совсем не действуют. Известно много мутаций у растений и животных, проявляющих мутантный фенотип только при определенных усло­виях освещения, температуры или влажности. Генетические методы исследования открыли новые возможности для изучения онтогенеза. При этом особое значение имеют исследования действия мутантных генов. Действительно, получая прямые и обратные мутации генов, можно как бы включать и выключать отдельные звенья развития, что позволяет установить последовательность процессов дифференциации и морфогенеза. Большое значение для этого имеют также работы по изучению функциональных изменений хромосом и молекулярного механизма мутаций. Основным вопросом генетики и цитогенетики онтогенеза является вопрос о том, когда и как начинает функционировать ген. В настоящее время многое известно о действии и взаимодей­ствии генов. В общих чертах уже ясно, каким образом гены кон­тролируют синтез определенных химических веществ и скорость различных обменных реакций, а также каким образом химиче­ские изменения гена приводят к изменению обмена веществ и фенотипа. Правда, большинство данных получено на микроорга­низмах, и их не всегда можно переносить на высшие растения и животных. Последние представляют собой исключительно слож­ные объекты для изучения генетических процессов на молекуляр­ном уровне. Микроорганизмы исключительно удобны для изучения дейст­вия мутантных генов, определяющих биосинтез многих метаболи­тов. На высших организмах такие исследования усложняются хо­тя бы тем, что их клетки содержат сравнительно большое количество ДНК. Так, по сравнению с клетками кишечной палочки (Е. coli) в клетках млекопитающего содержится примерно в 1000 раз больше ДНК. Следовательно, у них значительно больше генов, поскольку нет оснований говорить об увеличении размеров белковых молекул и генов при переходе от низших форм жизни к высшим. В клетках млекопитающих может синтезироваться бо­лее миллиона различных белков, вследствие чего установить связь между мутантным признаком и соответствующим мутантным белком очень трудно. Количество ДНК – довольно относи­тельный критерий, способный ввести в заблуждение. Так, в клет­ках некоторых амфибий содержится примерно в 50 раз больше ДНК, чем в клетках млекопитающих. Это, однако, не означает, что амфибии совершеннее млекопитающих в биологическом от­ношении. По-видимому, у ряда амфибий количество ДНК увели­чилось за счет полиплоидизации, и каждый ген у них оказался в нескольких экземплярах. Этим не исчерпываются трудности в изучении генетических явлений у высших организмов на молекулярном уровне. Затруд­нения возникают при выявлении многих мутаций, они бывают сопряжены с невозможностью получения многих поколений в короткие сроки и многим другим. Несмотря на все эти трудно­сти, в настоящее время уже имеются данные, согласно которым ряд общих закономерностей, установленных на микроорганизмах, не является частным случаем и свойственен высшим организмам. Например, было установлено, что многие наследственные заболе­вания у человека обусловлены врожденными аномалиями метаболизма. Например, организму человека для нормального обмена веществ, в частности фенилаланина и тирозина, необходимо определенное коли­чество аминокислот. Эти вещества обычно поступают из пищи, а тирозин дополнительно синтезируется из избытков фенилалани­на. Тирозин является предшественником для образования неко­торых белков, гормонов, пигмента меланина и других важных соединений. При биохимических мутациях может произойти бло­кирование какого-либо периода биосинтеза пигментов, что при­ведет к альбинизму, алькаптонурии или фенилкетонурии. Это наследственные болезни, из которых последняя, например, вызы­вает серьезные нарушения умственного развития. Причиной фенилкетонурии является блокирование синтеза тирозина из фенил­аланина, что приводит к накоплению в организме избытка фенил­аланина. Знание механизмов действия этих генов позволяет раз­работать методы лечения или облегчения данных заболеваний. Например, при ранней диагностике фенилкетонурии удавалось предотвратить появление признаков умственной отсталости ис­ключением из пищи фенилаланина. Принципиальное сходство таких нарушений метаболизма с подобными у микроорганизмов не вызывает сомнений. Биохимическая дифференцировка предшест­вует морфологической, но изучение начальных биохимических этапов действия гена у высших организмов – трудная задача. Начиная с 1920-х годов, такие исследования проводятся на расте­ниях и животных. При этом по отклонению от нормы в развитии изучаемых признаков удавалось установить начало действия генов. У домашней мыши, например, была обнаружена серия множественных аллелей в локусе Т. В гомозиготном состоянии ген Т (ТТ) вызывает смерть зародыша на 11-й день. В гетерозиготном состоянии (Tt) особь сохраняет жизнеспособность, но у нее развивается укорочение хвоста (брахиурия). Многочислен­ные рецессивные аллели этого гена вызывают смерть зародышей на различных стадиях развития, появление бесхвостых мышей или мышей с нормальными хвостами. Используя различные ал­лели, можно генетически моделировать продолжительность жиз­ни эмбрионов и особенности развития хвоста Таким образом, комбинирование мутантных аллелей при скре­щиваниях позволяет моделировать эмбриогенез, как бы останав­ливая или изменяя развитие, что дает возможность уточнить начало дифференцировки признака. Один и тот же мутантный ген у разных организмов может проявиться различным образом, что определится генотипом дан­ного организма и условиями среды, в которых происходит его развитие. Иначе говоря, фенотипическое проявление гена может значительно варьировать по степени выражения признака. Это явление было названо экспрессивностью (Тимофеев–Ресов­ский, 1927). Экспрессивность может действовать в узких или ши­роких пределах, т. е. от нормального выражения признака до максимально возможного мутационного эффекта. Например, в потомстве от одной пары мутантных дрозофил с сильно редуци­рованным числом фасеток («безглазая» форма) у одних особей глаза будут лишены фасеток наполовину, а у других — почти пол­ностью. Любой мутантный признак может обнаружиться у одних и не проявиться у других особей. Эта способность, названная пенетрантностью проявления гена, оценивается по количеству особей в популяции, имеющих мутантный фенотип. При полной пенетрантности (100%) мутантный ген проявляет свое действие у всех особей, имеющих его, а при неполной — лишь у некоторых. Если экспрессивность — это реакция сходных генотипов на среду, то пенетрантность – показатель гетерогенности линий или популяций не по основному гену, определяющему конкретный признак, а по генам-модификаторам, которые создают генотипическую среду для проявления гена. И экспрессивность, и пене­трантность обусловлены взаимодействием генов в генотипе и ре­акцией последнего на факторы внешней среды. Оба эти явления имеют приспособительное значение и поддерживаются отбором, они хорошо известны и для растений, и для животных. Так, у примулы известен ген окраски цветка, действие кото­рого зависит от температуры. При температуре 30—35° и высокой влажности цветки примулы оказываются белыми, а при низкой температуре — красными. Фенотипическое проявление гена гима­лайской окраски кроликов при нормальной температуре (≈20°) выражается в том, что при общей белой окраске уши, нос, кончи­ки лап и хвост оказываются черными. При температуре выше 30° окраска кроликов оказывается сплошь белой. Если же любой участок тела, на котором выщипана белая шерсть, систематиче­ски охлаждать, то на нем вырастает черная шерсть. Черная окраска определяется образованием меланистических пигментов, синтез которых контролируется соответствующим геном. Однако фенотипическое проявление этого гена зависит от температурных условий. Изменения под влиянием внешних факторов в ходе развития признака, находящегося под контролем определенного генотипа, могут привести к копированию признаков, характерных для дру­гого генотипа. Такие изменения были названы фенокопиями (Гольдшмидт, 1935). Поскольку генотип остается неизменным, фенокопии не наследуются. Подобные изменения могут быть вы­званы экспериментально при действии на развивающийся орга­низм химическими агентами или излучениями. В этом случае их называют морфозами (Шмальгаузен, 1949), или тератами. Морфозы и тераты – это особенности органов, которые обусловлены нарушениями их нормального развития. Морфозы не препятствуют нормальному функционированию организма (например, сросшиеся цветоносные побеги у одуванчика, изменение конфигурации листьев), а тераты (уродства) приводят к частичной или полной утрате органом его функций (например, превращение плодолистиков в обычные листья–трофофиллы, тычинок в лепестки). Морфозы и тераты непосредственно не наследуются, однако склонность к появлению таких нарушений может быть обусловлена особенностями генотипа. Некоторые фенокопии возникают под влиянием факторов внешней среды на определенной стадии индивидуального развития. У растений, например, хорошо известны озимые и яровые формы. Это генотипически обусловленные признаки. При скрещивании гомозиготных озимых и яровых пшениц в F1 доминирует свойство яровости, а в F2 наблюдается расщепление на яровые и озимые. Однако встречаются особые формы – «двуручки», которые в зависимости от условий выращивания могут быть ози­мыми или яровыми. Озимые злаки, посеянные весной, обычно растут, кустятся, но не переходят к колошению, т. е. не развиваются. Растения же, се­мена которых перед весенним посевом подверглись на протяже­нии определенного времени действию пониженных температур при определенной влажности (яровизация), будут развиваться нормально и перейдут к плодоношению. Следовательно, в ходе онтогенеза можно изменять свойства растения, что было уста­новлено еще в 20-е годы Лысенко, сделавшим при этом непра­вильный вывод, что воздействие температурными условиями вы­зывает наследственные изменения. В действительности же эти изменения не наследуются, а лишь имитируют фенотип наслед­ственно яровых форм, т. е. являются фенокопиями. Фенокопии могут возникать и под влиянием светового факто­ра. Известно, что для нормального развития каждый вид расте­ний на определенных этапах онтогенеза нуждается в определен­ной продолжительности светового дня. Образование фенокопий под влиянием температуры и светового фактора неоднократно наблюдалось у дрозофилы и других насекомых. Фенокопии и морфозы обусловливаются изме­нениями в соматических клетках, а не изменениями генов. Иначе говоря, это результат нарушения действия генов. Под влиянием факторов внешней среды могут возникать фе­нокопии, имеющие приспособительное значение. Так, например, при низких температурах появляются меланистические формы у насекомых и антоциановая окраска у растений. Каждый организм в период индивидуального развития пред­ставляет собой целостную систему, но при этом существует мор­фологическая и функциональная дискретность онтогенеза, кото­рые обусловлены дискретной генетической детерминацией. Реали­зация генотипа в онтогенезе изменчива и происходит приспособительно к конкретным условиям среды. Таким образом, генотип способен обеспечивать в определенных пределах измен­чивость онтогенеза в зависимости от изменяющихся условий внешней среды. Степень возможной изменчивости в ходе реали­зации генотипа называется нормой реакции и выражается сово­купностью возможных фенотипов при различных условиях сре­ды. Это определяет так называемую онтогенетическую адапта­цию, обеспечивающую выживание и репродукцию организмов иногда даже при значительных изменениях внешней среды. Изучение морфологической и функциональной дискретности онтогенеза, а также генетической обусловленности нормы реак­ции обеспечит разработку эффективных методов управления ин­дивидуальным развитием. Уже получены многочисленные данные по влиянию различных факторов на продуктивность растений и животных. Для многих видов растений хорошо известны условия выращивания, обеспечивающие наибольшую продуктивность. Установлены особенности влияния освещения и температуры на яйценоскость у домашней птицы. Известно значение витаминов и гормонов для онтогенеза животных, что можно использовать для регулирования их индивидуального развития. Изучением вли­яния различных условий на онтогенез занимаются в основном ге­нетики, физиологи и экологи. Познание цитогенетических основ онтогенетической дифференцировки и нормы реакции откроет неограниченные возможности для управления индивидуальным развитием.

53. Эмбриональная индукция. Дифференциация и интеграция в развитии.

Эмбриональная индукция — это взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором один участок зародыша влияет на судьбу другого участка. Явление эмбриональной индукции с начала XX в. изучает экспериментальная эмбриология. Классическими считают опыты немецкого ученого Г. Шпемана и его сотрудников (1924) на зародышах амфибий. Для того чтобы иметь возможность проследить за судьбой клеток определенного участка зародыша, Шпеман использовал два вида тритонов: тритона гребенчатого, яйца которого лишены пигмента и потому имеют белый цвет, и тритона полосатого, яйца которого благодаря пигменту имеют желто-серый цвет. Один из опытов заключается в следующем: кусочек зародыша из области дорсальной губы бластопора на стадии гаструлы тритона гребенчатого пересаживают на боковую или вентральную сторону гаструлы тритона полосатого. В месте пересадки происходит развитие нервной трубки, хорды и других органов. Развитие может достичь довольно продвинутых стадий с образованием дополнительного зародыша на боковой или вентральной стороне зародыша реципиента. Дополнительный зародыш содержит в основном клетки зародыша реципиента, но светлые клетки зародыша-донора тоже обнаруживаются в составе различных органов. Из этого и подобных опытов следует несколько выводов. Во-первых, участок, взятый из спинной губы бластопора, способен направлять или даже переключать развитие того материала, который находится вокруг него, на определенный путь развития. Он как бы организует, или индуцирует, развитие зародыша как в обычном, так и в нетипичном месте. Во-вторых, боковая и брюшная стороны гаструлы обладают более широкими потенциями к развитию, нежели их презумптивное (предполагаемое) проспективное направление, так как вместо обычной поверхности тела в условиях эксперимента там образуется целый зародыш. В-третьих, достаточно точное строение новообразованных органов в месте пересадки указывает на эмбриональную регуляцию. Это означает, что фактор целостности организма приводит к достижению хорошего конечного результата из нетипичных клеток в нетипичном месте, как бы управляя процессом, регулируя его в целях достижения этого результата. Г. Шпеман назвал спинную губу бластопора первичным эмбриональным организатором. Первичным потому, что на более ранних стадиях развития подобных влияний обнаружить не удавалось, а организатором потому, что влияние происходило именно на морфогенез. В настоящее время установлено, что главная роль в спинной губе бластопора принадлежит хордомезодермальному зачатку, который назвали первичным эмбриональным индуктором, а само явление, при котором один участок зародыша влияет на судьбы другого,— эмбриональной индукцией. В 30-е гг. исследователи пытались установить природу индуцирующего действия. Вскоре выяснилось, что разнообразные убитые ткани, вытяжки из самых различных тканей беспозвоночных и позвоночных животных, а также растений, несколько классов химических соединений (белки, нуклеопротеины, стероиды и даже неорганические вещества) могут вызывать индукцию. Таким образом была установлена химическая природа организаторов. Одновременно стало ясно, что специфичность ответа прямо не связана с. химическими свойствами индуктора. Внимание эмбриологов переключилось на индуцируемые ткани. Оказалось, что специфичность действия индуктора-раздражителя может быть весьма различной, а сам эффект индуцирующего воздействия ограничивается способностью того или иного участка развивающегося зародыша воспринимать это воздействие и отвечать на него. Некоторые индукторы, по-видимому, более или менее специфичны в определении судьбы индуцируемой ткани. Об этом свидетельствуют следующие опыты. Если пересадить спинную губу ранней гаструлы, то индуцируется развитие структур переднего мозга (головной индуктор), если же пересадить спинную губу поздней гаструлы, то развиваются спинной мозг и мезодермальные ткани. Было показано также, что наиболее сильное нейрализующее влияние оказывает фракция нуклеопротеинов, а мезодермализующим индуктором оказался белок. Если имплантировать оба эти индуктора в виде смеси клеток или смеси веществ, то получаются хорошо развитые зародыши. Другие индукторы действуют как неспецифические пусковые механизмы, как бы высвобождая ответ, уже детерминированный в клетках индуцируемой ткани. Было показано, что, например, слуховой пузырек выступает не только в роли индуктора слухового аппарата, но и является активатором различных морфогенетических процессов. Будучи пересажен в область боковой линии эмбриона тритона, он влечет за собой индукцию конечности. Конечность можно индуцировать также пересадкой носовой плакоды или гипофиза. Легче всего добавочные конечности индуцируются в области боковой линии, но они могут быть получены и на брюшной стороне. Эти примеры указывают на то, что специфический ответ зависит не столько от индуктора, сколько отреагирующей области. Способность эмбрионального материала реагировать на различного рода влияния изменением своей презумптивной судьбы получила название компетенции. Установлено, например, что компетенция к образованию нервной системы у амфибий затрагивает всю эмбриональную эктодерму и возникает с момента начала гаструляции. К концу гаструляции эта компетенция прекращается. Таким образом, изменение хода развития возможно лишь в том случае, если область компетенции к образованию некоторой закладки шире, чем область, из которой она в норме развивается, а также если индукционное действие происходит в определенный интервал онтогенетического развития. Изучение индукционных взаимодействий у разных представителей типа хордовых показало, что области и сроки компетенции неодинаковы. Так, у асцидий на стадии 8 бластомеров, когда уже все основные зачатки предопределены, проводили некоторые перемещения бластомеров. Материал хордомезодермы и основная часть нейрального материала у них локализованы в заднем вегетативном бластомере. Небольшая часть нейрального материала, формирующего головной ганглий, находится в заднем анимальном бластомере, расположенном над задним вегетативным. Для проверки индукционных взаимодействий между ними анимальный ярус бластомеров поворачивали на 180° так, чтобы задний анимальный бластомер терял контакт с задним вегетативным. Головной ганглий не развился нигде. Это означает, что для развития головного ганглия необходимо индукционное влияние на задний анимальный бластомер со стороны заднего вегетативного. Кроме того, очевидно, что задний анимальный бластомер не обладает автономностью развития, но только он компетентен к восприятию воздействия со стороны заднего вегетативного бластомера, содержащего хордомезодермальный зачаток. Во всех других классах хордовых индукционные взаимодействия между хордомезодермальным и нейральным зачатками подобны таковым у амфибий. Полагают, что в ходе эволюции хордовых произошли расширение областей и удлинение срока компетенции. Это расценивают как признак существенного эволюционного прогресса. Явления индукции многочисленны и разнообразны. Помимо первичной индукции со стороны спинной губы бластопора описаны индукционные влияния на более поздних, нежели гаструляция, этапах развития. Все они являются вторичными и третичными, представляя собой каскадные взаимодействия, типичные для дифференцировки, потому что индукция многих структур зависит от предшествующих индукционных событий. Примером вторичной индукции может служить действие глазного бокала (выпячивание переднего мозга) на прилежащий покровный эпителий, под влиянием чего эпителий впячивается, а затем отшнуровывается хрусталиковый пузырек—зачаток глазного хрусталика. Расположенный над хрусталиком покровный эпителий тоже испытывает сложные изменения, теряет пигмент и становится роговичным эпителием. Это пример третичной индукции. Таким образом получается, что глазной бокал возникает только после развития передней части головного мозга, хрусталик — после формирования бокала, а роговица — после образования хрусталика. Вместе с тем индукция носит не только каскадный, но и переплетающийся характер, т.е. в индукции той или иной структуры может участвовать не одна, а несколько тканей. В свою очередь, такая структура может служить индуктором для нескольких других тканей. Например, глазной бокал служит главным, но не единственным индуктором хрусталика. Морфогенез всегда сопровождается значительными перемещениями тканей друг относительно друга. Так, презумптивный хрусталик, т.е. эпидермис, из которого в последующем должен развиться хрусталик, во время гаструляции лежит над энтодермой будущей глотки, которая служит первым индуктором хрусталика. Затем под этим эпидермисом оказывается сердечная мезодерма, которая тоже действует как индуктор. И только позднее, во время нейруляции на переднем конце нервной трубки выпячиваются глазные пузыри, образующие глазной бокал и сетчатку, являющуюся главным индуктором хрусталика. Удаляя ту или иную из индуцирующих тканей, определили степень участия каждой из них в индукции хрусталика. Оказалось, что при удалении сетчатки глазного бокала у 42% зародышей амфибий все же формировались хрусталики и, следовательно, энтодерма и мезодерма в сумме обладают почти таким же индуцирующим действием, как и сетчатка глазного бокала. Полагают, что многочисленность индуцирующих тканей может иметь решающее значение для точного установления места формирования органа. Кроме того, сети индукции могут играть важную роль в канализации развития, обеспечивая нормальное течение органогенеза, даже если один из компонентов. Чаще всего близлежащие участки зародыша оказывают взаимное влияние друг на друга. Демонстративным примером являются взаимодействия в зачатке конечности. Конечность развивается из скопления клеток, происходящих из боковой мезодермы, и покрывающих их клеток эктодермы. Развитие конечности начинается с активации клеток боковой мезодермы в непосредственной близости от сомитов, которые, возможно, и оказывают индуцирующие импульсы на мезодерму в области будущей конечности. Активированные мезодермальные клетки зачатка конечности влияют на покрывающую их эктодерму, в результате чего она утолщается. Образовавшееся утолщение эпидермиса на его верхушке называют апикальным эктодермальным гребнем. Последний стимулирует рост почки конечности (при удалении его рост почки конечности прекращается). Мезодерма же поддерживает гребень в активном состоянии и определяет форму конечности. Например, мезодерма из почки крыла при соединении с эктодермой почки ноги образует крыло, покрытое перьями, или мезодерма из почки конечности утиного зародыша с эктодермой куриного приводит к развитию перепончатой конечности. Различают гетерономную и гомономную виды индукции. К гетерономной относят случаи, подобные описанному, при которых один кусочек зародыша индуцирует иной орган (хордомезодерма индуцирует появление нервной трубки и всего зародыша в целом). Гомономная индукция заключается в том, что индуктор побуждает окружающий материал к развитию в том же направлении, что и он сам. Например, область нефротома, пересаженная другому зародышу, способствует развитию окружающего материала в сторону формирования головной почки, а прибавление в культуру фибробластов сердца маленького кусочка хряща влечет за собой процесс образования хряща. Чтобы воспринять действие индуктора, компетентная ткань должна обладать хотя бы минимальной организацией. Одиночные клетки не воспринимают действие индуктора, а чем больше клеток в реагирующей ткани, тем активнее ее реакция. Для оказания индуцирующего действия иногда достаточно лишь одной клетки индуктора. Индукционные взаимодействия могут проявляться в культуре ткани in vitro, но по-настоящему полноценными они бывают только в структуре целостного организма. Весьма интересны результаты опытов, помогающие оценить взаимосвязь индукционных взаимодействий с цитодифференцировкой и морфогенезом. Ранее уже было описано определяющее влияние мезенхимы на морфогенез конечностей позвоночных. Многочисленными опытами показано также большое влияние мезенхимы на морфогенез желез эпителиального происхождения. Легочная энтодерма, например, при выращивании с печеночной мезенхимой приобретает строение печеночных балок, а эпителий молочной железы под влиянием мезенхимного зачатка слюнной железы приобретает морфологию слюнной железы. Это происходит как при выращивании in vitro, так и при трансплантации в организм животного-реципиента. Подобные результаты с несомненностью указывают на необходимость индуцирующего влияния мезенхимы на морфогенез. Однако не менее интересен факт, что морфогенез не всегда сопряжен с определенным направлением дифференцирован эпителия. Так, рекомбинантная слюнная железа, полученная из зачатка молочной железы и мезенхимы слюнной, при подсадке лактирующей самке-реципиенту начинает вырабатывать молоко несмотря на то, что имеет морфологию по типу слюнной железы. Это свидетельствует о возможности разобщения, об автономности процессов морфогенеза и цитодифференцировки и может быть объяснено более ранней детерминацией цитодифференцировки другими, более ранними актами индукции. Подобные наблюдения позволяют по-другому взглянуть на возможности преобразований морфогенезов в процессе эволюции. Таким образом, явления индукции обнаружены на самых разных этапах развития многих позвоночных. В акте индукции следует различать два компонента: индуктор и реагирующую область. В настоящее время интенсивно ведутся работы по изучению молекулярных и клеточных механизмов индукции. В теоретическом смысле явление эмбриональной индукции помогает по-новому оценить взаимоотношение таких процессов, как зависимая дифференцировка и детерминация, а также цитодифференцировка и морфогенез. Дифференцировка — это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. В самом узком смысле это изменения, происходящие в клетке на протяжении одного, нередко терминального, клеточного цикла, когда начинается синтез главных, специфических для данного клеточного типа, функциональных белков. Примером может служить Дифференцировка клеток эпидермиса кожи человека, при которой в клетках, перемещающихся из базального в шиповатый и затем последовательно в другие, более поверхностные слои, происходит накопление кератогиалина, превращающегося в клетках блестящего слоя в элеидин, а затем в роговом слое — в кератин. При этом изменяются форма клеток, строение клеточных мембран и набор органоидов. На самом деле дифференцируется не одна клетка, а группа сходных клеток. Примеров можно привести множество, так как в организме человека насчитывают порядка 220 различных типов клеток. Фибробласты синтезируют коллаген, миобласты — миозин, клетки эпителия пищеварительного тракта — пепсин и трипсин.

В более широком смысле под дифференцировкой понимают постепенное (на протяжении нескольких клеточных циклов) возникновение все больших различий и направлений специализации между клетками, происшедшими из более или менее однородных клеток одного исходного зачатка. Этот процесс непременно сопровождают морфогенетические преобразования, т.е. возникновение и дальнейшее развитие зачатков определенных органов в дефинитивные органы. Первые химические и морфогенетические различия между клетками, обусловливаемые самим ходом эмбриогенеза, обнаруживаются в период гаструляции. Зародышевые листки и их производные являются примером ранней дифференцировки, приводящей к ограничению потенций клеток зародыша. Можно выделить целый ряд признаков, которые характеризуют степень дифференцированности клеток. Так, для недифференцированного состояния характерны относительно крупное ядро и высокое ядерно-цитоплазматическое отношение V_ядра/V_{цитоплазмы} (V—объем), диспергированный хроматин и хорошо выраженное ядрышко, многочисленные рибосомы и интенсивный синтез РНК, высокая митотическая активность и неспецифический метаболизм. Все эти признаки изменяются в процессе дифференцировки, характеризуя приобретение клеткой специализации. Процесс, в результате которого отдельные ткани в ходе дифференцировки приобретают характерный для них вид, называют гистогенезом. Дифференцировка клеток, гистогенез и органогенез совершаются в совокупности, причем в определенных участках зародыша и в определенное время. Это очень важно, потому что указывает на координированность и интегрированность эмбрионального развития. В. Вейсман выдвинул гипотезу о том, что только линия половых клеток несет в себе и передает потомкам всю информацию своего генома, а соматические клетки могут отличаться от зиготы и друг от друга количеством наследственного материала и поэтому дифференцироваться в разных направлениях. Ниже приведены факты, подтверждающие возможность изменения наследственного материала в соматических клетках, но их надо трактовать как исключения из правил. Вейсман опирался на данные о том, что в ходе первых делений дробления яиц лошадиной аскариды происходит отбрасывание (элиминация) части хромосом в соматических клетках эмбриона. В дальнейшем было показано, что отбрасываемая ДНК содержит главным образом часто повторяющиеся последовательности, т.е. фактически не несущие информации. Позже были обнаружены и другие примеры изменения количества наследственного материала в соматических клетках как на геномном, так и на хромосомном и генном уровнях. Описаны случаи элиминации целых хромосом у циклопа, комара и у одного из представителей сумчатых. У последних из соматических клеток самки элиминируется Х-хромосома, а из клеток самца — Y-хромосома. В результате соматические клетки у них содержат только по одной Х-хромосоме, а в линии половых клеток сохраняются нормальные кариотипы: XX или XY. В политенных хромосомах слюнных желез двукрылых ДНК может синтезироваться несинхронно, например при политенизации гетерохроматиновые участки реплицируются меньшее число раз, чем эухроматиновые. Сам процесс политенизации, напротив, приводит к значительному увеличению количества ДНК в дифференцированных клетках по сравнению с родоначальными клетками. Такой механизм репликации ДНК, как амплификация, также приводит к многократному увеличению количества некоторых генов в одних клетках по сравнению с другими. В овогенезе многократно увеличивается число рибосомальных генов, могут амплифицироваться и некоторые другие гены. Имеются данные о том, что в некоторых клетках в процессе дифференцировки происходит перестройка генов, например иммуноглобулиновых генов в лимфоцитах. Однако в настоящее время общепризнанной является точка зрения, ведущая начало от Т. Моргана, который, опираясь на хромосомную теорию наследственности, предположил, что дифференцировка клеток в процессе онтогенеза является результатом последовательных реципрокных (взаимных) влияний цитоплазмы и меняющихся продуктов активности ядерных генов. Таким образом, впервые прозвучала идея о дифферециальной экспрессии генов как основном механизме цитодифференцировки. В настоящее время собрано много доказательств того, что в большинстве случаев соматические клетки организмов несут полный диплоидный набор хромосом, а генетические потенции ядер соматических клеток могут сохраняться, т.е. гены не утрачивают потенциальной функциональной активности. Сохранение полного хромосомного набора развивающегося организма обеспечивается прежде всего механизмом митоза (возможные случаи соматических мутаций, возникающих, как исключение, во внимание не принимаем). Проведенные цитогенетическим методом исследования кариотипов различных соматических клеток показали почти полную их идентичность. Цитофотометрическим способом установлено, что количество ДНК в них не уменьшается, а методом молекулярной гибридизации показано, что клетки разных тканей идентичны по нуклеотидным последовательностям. На этом основании цитогенетический метод применяют для диагностики хромосомных и геномных болезней человека (хотя ошибки методов достигают 5— 10%), а метод гибридизации ДНК —для идентификации личности и установления степени родства. Помимо установленной количественной полноценности ДНК большинства соматических клеток большой интерес представляет вопрос о сохранении функциональных свойств содержащегося в них наследственного материала. Все ли гены сохраняют способность к реализации своей информации? О сохранении генетических потенций ядер можно судить по результатам опытов, проведенных над растениями и животными. Прошедшая длительный путь дифференцировки соматическая клетка моркови способна развиваться в полноценный организм. У животных отдельные соматические клетки после стадии бластулы, как правило, не способны развиваться в целый нормальный организм, но их ядра, будучи пересажены в цитоплазму овоцита или яйцеклетки, начинают вести себя соответственно той цитоплазме, в которой они оказались. Опыты по пересадке ядер соматических клеток в яйцеклетку впервые были успешно осуществлены в 50-х гг. в США, а в 60—70-х гг. получили широкую известность опыты английского ученого Дж. Гердона. Используя африканскую шпорцевую лягушку Xenopus laevis, он в небольшом проценте случаев получил развитие взрослой лягушки из энуклеированной яйцеклетки, в которую пересаживал ядро из эпителиальной клетки кожи лягушки или кишечника головастика, т.е. из дифференцированной клетки. Энуклеацию яйцеклетки проводили большими дозами ультрафиолетового облучения, что приводило к функциональному удалению ее ядра. Для доказательства того, что в развитии зародыша участвует пересаженное ядро соматической клетки, применили генетическое маркирование. Яйцеклетку брали из линии лягушек с двумя ядрышками в ядре (соответственно двум ядрышковым организаторам в двух гомологичных хромосомах), а ядро клетки донора — из линии, имеющей в ядрах только одно ядрышко вследствие гетерозиготности по делении ядрышкового организатора. Все ядра в клетках особи, полученной в результате трансплантации ядра, имели только одно ядрышко. Вместе с тем опыты Гердона обнаружили многие другие важнейшие закономерности. Во-первых, они еще раз подтвердили предположение Т. Моргана о решающем значении взаимодействия цитоплазмы и ядра в жизнедеятельности клеток и развитии организма. Во-вторых, в многочисленных экспериментах было показано, что чем старше стадия зародыша-донора, из клеток которого брали ядро для пересадки, тем в меньшем проценте случаев развитие оказывалось полностью завершенным, т.е. достигало стадий головастика, а затем лягушки. Таким образом, дифференцировка клеток не сводится только к синтезу специфических белков, поэтому применительно к многоклеточному организму эта проблема неотрывна от пространственно-временных аспектов и, следовательно, от еще более высоких уровней ее регуляции, нежели уровни регуляций биосинтеза белка на клеточном уровне. Дифференцировка всегда затрагивает группу клеток и соответствует задачам обеспечения целостности многоклеточного организма. Как только в результате дробления образуются два первых бласто-мера, каждый из них становится неразрывной частью новой биологической системы и его поведение определяется этой системой. Каждая стадия развития организма есть новое состояние целостности, интеграции. На любой стадии развития зародыш представляет собой интегрированное целое, а не сумму бластомеров и клеток. Интеграция развивающихся зародышей непрерывно меняется по мере развития. Основными механизмами интеграции являются межклеточные взаимодействия, а также гуморальная и нервная регуляция. Различия в уровне интеграции, в характере взаимодействия клеток у разных видов животных могут быть очень существенными. Кроме того, иногда на более молодых стадиях развития зародыш более интегрирован, чем на более поздних. Так, личинки асцидий, вероятно, более интегрированы, чем взрослые формы. То же наблюдается, по-видимому, у многих моллюсков и червей. У позвоночных животных Интегрированность нарастает по мере углубления процессов органогенеза и цитодифференцировки.

54. Роль наследственности и среды в онтогенезе. критические периоды развития. Тератогенные факторы среды.

Онтогенез, или индивидуальное развитие организма, осуществ­ляется на основе наследственной программы, получаемой через вступившие в оплодотворение половые клетки родителей. В ходе реализации наследственной информации в процессе онтогенеза у организма формируются видовые и индивидуальные морфологические, физиологические и биохимические свойства, иными словами — фенотип. Ведущая роль в формировании фенотипа принадлежит наслед­ственной информации, заключенной в генотипе организма. При этом простые признаки развиваются как результат определенного типа взаимодействия соответствующих аллельных генов. Наряду с этим результат реализации наследственной программы, заключенной в генотипе особи, в значительной мере зависит от условий, в которых осуществляется этот процесс. Факторы внешней по отношению к генотипу среды могут способствовать или препят­ствовать фенотипическому проявлению генетической информации, усиливать или ослаблять степень такого проявления. Совокупность внутриорганизменных факторов, влияющих на реализацию наследственной про­граммы, обозначают как среду 1-го порядка. Особенно большое влияние на функцию генотипа факторы этой среды оказывают в период активных формообразовательных процессов, прежде всего в эмбриогенезе. С другой стороны, выделяют понятие окружающей среды, или среды 2-го порядка, как совокупности внешних по отношению к организму факторов. Критические периоды: зигота, имплантация, роды. Периоды наибольшей чувствительности к повреждающему действию разнообразных факторов получили название критических, а повреждающие факторы — те­ратогенных. Причиной нарушения развития зачатка является большая чувствительность его в данный момент к действию патогенного фактора, чем у других органов. П.Г. Светлов установил два критических периода в развитии плацентарных млекопитающих. Первый из них совпадает с процес­сом имплантации зародыша, второй — с формированием плаценты. Имплантация приходится на первую фазу гаструляции, у человека — на конец 1-й —начало 2-й недели. Второй критический период продолжается с 3-й по 6-ю неделю. По другим источникам, он включает в себя также 7-ю и 8-ю недели. В это время идут процессы нейруляции и начальные этапы органогенеза. Действие тератогенных факторов во время эмбрионального (с 3 до 8 нед) периода может привести к врожденным уродствам. Чем раньше возникает повреждение, тем грубее бывают пороки. Факторы, оказывающее поврежденное воздействие, не всегда представляют собой чужеродные для организма вещества или действия. Это могут быть и закономерные действия среды, обеспе­чивающие обычное нормальное развитие но в других концентрациях с другой силой, в другое время (кислород, питание, температуру, соседние клетки, гормоны, индукторы, давление, растяжение, электрический ток и проникающее излучение). Критические периоды: имплантация, плацентация, роды.

55. Постнатальный онтогенез и его периоды. Роль эндокринных желез (щитовидной, гипофиза, половых) в регуляции жизнедеятельности организма в постнатальном периоде. Взаимодействие социального и биологического в периоды детства, молодости, зрелости и старости.

После рождения или выхода из яйцевых оболочек начинается постнатальный онтогенез, в течение которого происходит дальнейшее развитие организма. Продолжительность постнатального периода у организмов разных видов является видовым признаком, не зависящим от уровния организации. У всех живых существ подразделяется на дорепродуктивный (ювенильный), репродуктивный (зрелый), пострепродуктивный (старение). В зависимости от типа онтогенеза ювенильный протекает с прямым или непрямым развитием. Человек отличается от других, в том числе и от приматов, длительным периодом детства. Новорождения – 1-10 день, сложный период адаптации к новым условиям существования; грудной – 11день – 1 год; раннего детства – 2-3 годы, учится нормально ходить, говорить, начинает познавать окружающий мир; первый период детства – 4-6 годы, ребенка интересует все окружающее; второй период детства – девочки (7-11), мальчики – 7-12; подростковый – 12-15, 13-16; юношеский – 16-20, 17-21; первый период среднего возраста – 21-35, 22-35; второй период среднего возраста – 36-55, 36-60; пожилой – 56 – 75, 61 – 75: старческий - 71-90; долгожители свыше 90. Критические периоды: новорождения, полового созревания, полового увядания. Особое значение имеет гормон соматотропин: при недостатке – карлики, при избытке – гиганты. Обычно прекращение синтеза этого гормона наступает в период половой зрелости. Если в зрелом возрасте оно продолжается, то возникает акромегалия. Гормоны щитовидной железы усиливают окислительные процессы в митохондриях, что ведет к повышению энергетического обмена.

56. Биологические и социальные аспекты старения и смерти. Генетические, молекулярные, клеточные и системные механизмы старения. Проблема долголетия. Понятие о геронтологии и гериатрии.

Старение представляет собой всеобъемлющий процесс, охваты­вающий все уровни структурной организации особи —от макромолекулярного до организменного. Ряд наблюдений легли в основу достаточно распространенной точки зрения о наследуемости продолжительности жизни и, следо­вательно, наличии генетического контроля или даже особой генети­ческой программы старения. Представ­ление о величине наследуемости продолжительности жизни полу­чают, определяя коэффициент наследуемости. Результаты оценки степени генетического контроля старения путем расчета коэффициента наследуемости долгожительства ука­зывают лишь на отсутствие специальной генетической программы старения. При отсутствии специальных генов или целой программы, прямо определяющих развитие старческих признаков, процесс старения находится тем не менее под генетическим конт­ролем путем изменения его скорости. Называют разные пути такого контроля. Во-первых, это плейотропное действие, свойственное многим генам. Во-вторых, со временем в генотипах соматических клеток, особенно в области регуляторных нуклеотидных последовательно­стей, накапливаются ошибки (мутации). Следствием этого является нарастающее с возрастом нарушение работы внутриклеточных ме­ханизмов, процессов репликации, репарации, транскрипции ДНК. В-третьих, генетические влияния на скорость старения могут быть связаны с генами предрасположенности к хроническим заболе­ваниям, таким, как ишемическая болезнь сердца, атеросклероз сосудов головного мозга, гипертония, наследуемым по полигенному типу. В ис­следованиях зависимости скорости старения от условий жизни, проводимых на лабораторных животных, используют следующие признаки: 1) состояние белков соединительной ткани коллагена и эластина; 2) показатели сердечной деятельности и кровообращения; 3) содержание пигмента липофусцина в клетках нервной системы и сердца; 4) показатели произвольной двигательной активности; 5) способность к обучению. Влияние социально-экономических условий на длительность жиз­ни может быть оценено путем сравнения названного показателя для одной и той же популяции (например, население страны), но в разные исторические периоды или же путем сопоставления продол­жительности жизни в двух популяциях, различающихся по жизнен­ному уровню и сосуществующих в одно и то же историческое время. Геронтология — это наука, изучающая биологические механизмы и процессы, обуславливающие и сопровождающие старение живых существ, а также способы замедления старения и увеличения продолжительности жизни. Гериатрия — медицинская дисциплина, занимающаяся изучением особенностей заболеваний у лиц пожилого и старческого возраста и их лечением. Молекулярные и клеточные проявления старения многообразны. Они заключаются в изменении показателей потоков информации и энергии, состояния ультраструктур дифференцированных клеток, снижении интенсивности клеточной пролиферации. Напомним, что функционирование ДНК, заключающей в себе биологическую информацию, связано с ее репродукцией, транскрипцией, репарацией. Учитывая возможную роль ошибок в молекулах ДНК, в нарушении клеточных функций в процессе старения изучали эффективность механизмов репарации повреждений молекулярной структуры ДНК (согласно расчетным данным, ежесекундно в геноме возникает минимум одно повреждение) в разном возрасте, а также корреляцию между интенсивностью этого процесса и продолжительностью жизни. В обоих случаях были получены противоречивые результаты. С одной стороны, уровень репарации повреждения ДНК УФ-облучением эмбриональных фибробластов трех линий мышей оказался пропорциональным средней продолжительности их жизни (900, 600 и 300 сут). С другой — репарация ДНК после УФ-облучения не различалась в культурах фибробластов в коже людей в диапазоне возрастов от 0 (новорожденные) до 88 лет. Общее заключение сводится к тому, что интенсивность молекулярной репарации ДНК меняется с возрастом в некоторых типах клеток, но не это является главной причиной клеточного старения. В дифференцированных клетках млекопитающих животных старение сопровождается в целом снижением транскрипционной активности. Так, у мышей интенсивность синтеза РНК в ядрах печеночных и нервных клеток между 12-м и 30-м месяцами жизни падает на 50%. Изменение синтеза относится не только к рРНК, не кодирующим структуру белков, но и к мРНК. В сравнении с активным репродуктивным периодом жизни в стареющем организме действительно наблюдается исчезновение в клетках определенных типов мРНК, правда, в это же время регистрируется появление некоторых типов мРНК, не образующихся ранее. Таким образом, речь идет о частичной смене биологической информации, используемой клеткой в разном возрасте. Скорость снижения транскрипционной активности ДНК в постмитотических высокодифференцированных клетках, к примеру нервных, зависит от условий их существования в течение жизни, в частности от напряженности их функционирования. Так, одна и та же функциональная нагрузка, распределенная между меньшим количеством клеток, приводит к более раннему падению уровня транскрипции в их ядрах. Было также показано, что параллельно изменению скорости снижения транскрипции сокращается максимально достигаемая животными продолжительность жизни. ДНК эукариотических клеток находится в комплексе с белками — гистоновыми и негистоновыми, образуя вместе с ними хроматин ядер. Предполагают, что регуляция транскрипции информации с ДНК происходит путем изменения ДНК-белковых связей в хроматине. С возрастом такие связи становятся менее подвижными, отмечается снижение содержания в хроматине негистоновых белков. Изменение трансляции в процессе старения изучают по содержанию рРНК (показатель общей белокобразующей способности клетки), мРНК (набор образуемых белков), активности аминоацил-тРНК-синтетаз (ферменты активации аминокислот). Оказалось, что в возрасте от 12 до 70 лет у людей утрачивается до половины генов рРНК, относящихся, как известно, к умеренно повторяющимся нуклеотидным последовательностям, которые продублированы в геноме более 300 раз. Сохраняющееся число генов, по-видимому, способно обеспечить образование требуемого количества рРНК. Интенсивность белкового синтеза в целом снижается в зрелом возрасте. О возрастных изменениях набора образуемых белков судят по содержанию в клетках различных ферментов. Полученные данные трудно оценить однозначно, так как обнаруженные отклонения даже в группах ферментов, сходных по функции, нередко разнонаправленны. Вместе с тем активность ферментов, ответственных за окисление, изменяется в стареющем организме однонаправленно: она снижается. Немаловажное значение при старении имеют изменения энергетики организма, в частности обратная связь между продолжительностью жизни животных различных видов и удельной скоростью обмена веществ отмечена давно. Существует особое понятие энергетического жизненного потенциала, отражающего общее количество расходуемой за жизнь энергии. Его величина для млекопитающих (кроме приматов) составляет примерно 924 кДж/г, большинства приматов — 1924, лемура, обезьяны-капуцина и человека — 3280 кДж/г массы тела. Изменения потока энергии в процессе старения состоят в снижении количества митохондрий в клетках, а также падении эффективности их функционирования. Так, у взрослых крыс количество кислорода, потребляемое на 1 мг белка митохондрий, более чем в 1,5 раза выше, чем у старых животных. Важным свойством стареющего организма является смещение в процессах энергообеспечения функций соотношения между тканевым дыханием и гликолизом (бескислородный путь образования АТФ) в пользу последнего. Изменения в процессе старения ультраструктуры клеток затрагивают практически все органеллы как общего, так и специального значения. Одновременно может происходить накопление необычных веществ, иногда структурно оформленных (липофусцин). Наиболее заметна возрастная перестройка постмитотических высокоспециализированных клеток—нейронов, кардиомиоцитов. Для стареющих нервных клеток, например, типично обеднение цитоплазмы мембранами, сокращение объема шероховатой эндоплазматической сети, увеличение содержания в клеточных телах микрофибрилл, что, возможно, связано с нарушением транспорта веществ по отросткам. В отростках мотонейронов старых крыс скорость транспорта составляет примерно 200, тогда как у зрелых животных —320 мм/сут. Параллельно наблюдается снижение интенсивности синтеза белка и РНК. Отмечается замедление проведения нервного импульса, а в некоторых типах нервных клеток — уменьшение количества образуемого медиатора. Наиболее типичной чертой старения нервных клеток млекопитающих и человека является нарастающее накопление с возрастом в цитоплазме пигмента липофусцина. У 60-летних людей благодаря увеличению содержания пигмента доля цитоплазмы снижается в 1,3, ay 80-летних —в 2 раза в сравнении с 40-летними. Липофусцин часто называют пигментом изнашивания, т.е. балластом. Противоположная точка зрения приписывает липофусцину роль внутриклеточного депо кислорода. Возрастное накопление липофусцина распространяется кроме нервной системы на сердечную и скелетную мускулатуру. Сдерживание роста содержания пигмента в клетках плодовых мух путем ограничения летательной активности сочеталось с двукратным увеличением средней продолжительности жизни. Еще один пример изменения в ходе старения специальных органелл касается микрофибрилл в клетках сердечной мышцы, в отношении которых начинают преобладать деструктивные процессы. На определенном этапе прогрессивная эволюция жизни на земле оказалась связанной с переходом к более эффективному аэробному типу энергообеспечения процессов жизнедеятельности. Не следует, однако, забывать, что использование клетками кислорода приводит к образованию свободных радикалов (О₂, ОН, Н₂О₂), которые в силу чрезвычайной реакционноспособности могут вызывать быстрые разрушения биологических структур (мембран, макромолекул). Неблагоприятным эффектам свободных радикалов в клетках противостоят закрепленные процессом эволюции природные антиоксидантные механизмы. К ним принадлежат ферменты, разрушающие пероксиды. В процессе старения действенность механизмов, нейтрализующих свободные радикалы и пероксиды, снижается. Свободные радикалы способны нарушить любое звено молекулярной организации клетки. Сказанное делает их универсальным фактором старения на молекулярном и субклеточном уровне вне зависимости от вида клетки. С начала 60-х гг. появились новые взгляды на значение для старения и продолжительности жизни закономерностей клеточной пролиферации. На основании подсчета числа делений фибробластов, высеваемых в культуру ткани от эмбриона человека и от людей в возрастете лет и выше, было сделано заключение о пределе клеточных делений (лимит Хейфлика), которому соответствует видовая длительность жизни. Показано, что фибробласты мыши способны удваивать свою численность 14—28 раз, цыпленка — 15—35, человека — 40—60, черепахи — 72— 114 раз. Проверка результатов, о которых идет речь, выявила, что представление об ограниченности числа клеточных делений в индивидуальном развитии является неточным. Вместе с тем сохраняют свое значение классические представления, уходящие корнями в XIX столетие, утверждающие, что старение и естественное его следствие — смерть — это своеобразная плата за явление клеточной дифференцировки. Выход клеток в дифференцировку для многих типов клеток означает старение и гибель в связи с утратой возможности возвращения в митотический цикл (нервные клетки, сердечная и скелетная мышцы, лейкоциты и эритроциты крови, эпителий ворсин кишечника). Ряд наблюдений легли в основу достаточно распространенной точки зрения о наследуемости продолжительности жизни и, следовательно, наличии генетического контроля или даже особой генетической программы старения. Во-первых, максимальная продолжительность жизни ведет себя как видовой признак. При этом она положительно связана с такими важными эволюционно закрепленными показателями биологии вида, как длительность эмбрионального периода и возраст достижения половой зрелости (табл. 8.1). Во-вторых, величины продолжительности жизни у однояйцевых близнецов более близки (конкордантны), чем у разнояйцовых. Попарные различия по этому показателю составляют в среднем 14,5 года для первых и 18,7 года для вторых. Сходная картина наблюдается при сопоставлении колебаний длительности жизни среди лабораторных животных одной линии и различных линий. Так, у мышей получены линии с продолжительностью жизни от 120 до 700 сут. В-третьих, описаны наследственные болезни с ранним проявлением признаков старости и одновременно резким сокращением продолжительности жизни. Например, при синдроме Хатчинсона — Гилфорда (инфантильная прогерия, или постарение в детском возрасте) уже на первом году жизни отмечаются задержка роста, раннее облысение, морщины, атеросклероз. Половой зрелости такие субъекты, как правило, не достигают, и смерть наступает в возрасте до 30 лет. Для названного синдрома установлено аутосомно-доминантное наследование. В-четвертых, в лабораторных условиях путем близкородственных скрещиваний получены инбредные линии плодовой мухи и мыши, существенно различающиеся по средней и максимальной продолжительности жизни. Гибриды 1-го поколения от скрещивания родителей из разных короткоживущих линий (рис. 8.32) живут дольше родителей, что расценивают как явление гетерозиса. В-пятых, замечено, что среди плодовых мух особи, гомозиготные по аллелю зачаточных крыльев, имеют меньшую продолжительность жизни, чем мухи дикого типа (плейотропия). Потомки от скрещивания мутантов и мух дикого типа по рассматриваемому показателю проявляют единообразие и близки к последним. Среди гибридов 2-го поколения от скрещивания таких потомков между собой происходит расщепление по продолжительности жизни в отношении 3:1 (дикий тип: мутантный тип). Аналогично описанной мутации у мыши, также обнаружено много примеров влияния отдельных генов на продолжительность жизни, причем в сторону ее снижения. Сходным примером у человека является мутация, приводящая к развитию синдрома Марфана и фенотипически проявляющаяся в дефектном развитии соединительной ткани: наряду с «паучьими» пальцами, подвывихом хрусталика, пороком сердца, повышенным выбросом в кровь адреналина такие субъекты отличаются сокращенной продолжительностью жизни. В-шестых, для людей выявлена положительная связь между длительностью жизни родителей и потомков. Приведенные материалы, свидетельствуя в пользу генетического контроля длительности жизни и старения, не дают ответа на важные вопросы о том, насколько велика сила этого контроля и через какие конкретные генетические механизмы он осуществляется. Представление о величине наследуемости продолжительности жизни получают, определяя коэффициент наследуемости. Он отражает меру сходства между родственниками по изучаемому признаку. По данным разных авторов, коэффициент корреляции между продолжительностью жизни детей и родителей составляет от 0,02 до 0,13, т.е. низок. Сходные цифры получены для мышей: 0,01 —0,40. Родители и дети принадлежат к разным поколениям, а условия проживания меняются. С целью избежать занижения значений коэффициента корреляции за счет различий в условиях жизни сопоставляли продолжительность жизни братьев и сестер. В данном случае коэффициент корреляции оказался выше: 0,15—0,30. Однако и здесь значения существенно ниже тех, которые характеризуют признаки с высокой наследуемостыо. К примеру, коэффициент наследуемости роста составляет примерно 0,70. Данные по коэффициенту наследования долголетия полезно дополнить примерами, раскрывающими их биологический смысл. Так, если пронаблюдать 25-летних людей, предки которых жили либо достаточно мало, либо, наоборот, достаточно долго, то различие между этими группами по средней продолжительности жизни составит всего 2—4 года. Тем не менее существуют данные о некоторой связи между средней длительностью жизни предков и потомков, прослеживаемой до 70-летнего возраста. Изучение связи между продолжительностью жизни родителей и детей, достигших 20-летнего возраста, показало, что превышение родителями средней продолжительности жизни на 10 лет добавляет к жизни детей 1 год. Результаты оценки степени генетического контроля старения путем расчета коэффициента наследуемости долгожительства указывают лишь на отсутствие специальной генетической программы старения. Между тем первостепенный интерес для медицины представляет вопрос о факторах, влияющих на скорость этого процесса, среди которых могут быть и генетические. Общий вывод заключается в том, что при отсутствии специальных генов или целой программы, прямо определяющих развитие старческих признаков, процесс старения находится тем не менее под генетическим контролем путем изменения его скорости. Называют разные пути такого контроля. Во-первых, это плейотропное действие, свойственное многим генам. Допустим, что один из плейотропно действующих генов оказывает выраженное положительное влияние на ранних стадиях индивидуального развития, но ряд связанных с ним фенотипических проявлений носит отрицательный характер. Для сохранения полезных свойств гена и ослабления вредных в генотипе появляются и закрепляются отбором гены-модификаторы, ослабляющие неблагоприятное действие в раннем онтогенезе. В пострепродуктивном периоде онтогенеза действие модификаторов, уже не поддерживаемое отбором, снижается. Это дает возможность неблагоприятным свойствам гена проявить себя, ускоряя старение. Во-вторых, со временем в генотипах соматических клеток, особенно в области регуляторных нуклеотидных последовательностей, накапливаются ошибки (мутации). Следствием этого является нарастающее с возрастом нарушение работы внутриклеточных механизмов, процессов репликации, репарации, транскрипции ДНК. В-третьих, генетические влияния на скорость старения могут быть связаны с генами предрасположенности к хроническим заболеваниям, таким, как ишемическая болезнь сердца, атеросклероз сосудов головного мозга, гипертония, наследуемым по полигенному типу. Правда, некоторые формы семейного повышения уровня холестерина в крови, что является фактором риска ишемической болезни сердца, наследуются моногенно. Частота этих форм составляет 6—8 на 1000 человек. Исследования на долгожителях показывают, что их отличает повышенная устойчивость к хроническим заболеваниям, а время наступления названных болезней отсрочено. Так, среди лиц, превысивших 80-летний возрастной рубеж и страдавших атеросклерозом сосудов головного мозга, свыше 86% лиц имели лишь начальную стадию заболевания. В пользу наличия генотипических влияний говорит то, что у родственников долгожителей как бы замедлен темп старения нервной системы: некоторые показатели функционирования этой системы соответствуют на 15—20 лет меньшему календарному возрасту. Об этом свидетельствует повышенная вероятность заболеть ишемической болезнью у родственников (особенно 1-й степени родства) лиц, страдающих этим заболеванием. Приведенные выше примеры зависимости скорости старения от особенностей генотипа можно истолковать как доказательство участия генотипа в контроле старения, т.е. процессов, ведущих к снижению жизнеспособности в пострепродуктивном периоде. Вместе с тем правомерна и иная точка зрения. От индивидуальных особенностей генотипа зависит надежность молекулярных, клеточных, системных механизмов жизнеспособности организма. Таким образом, речь идет о генетической основе противостояния процессу старения, снижения его скорости или степени риска заболеть достаточно рано хроническим заболеванием, большей устойчивости в стрессовых ситуациях.

57. Регенерация как свойство живого к самообновлению и восстановлению. Физиологическая регенерация, ее биологическое значение.

Регенерация — процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. Физиологическая регенерация - восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма. Репаративная регенерация — восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов. При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место в эмбриональном развитии. Физиологическая регенерация представляет собой процесс обновления функционирующих структур организма. Поддерживается структурный гомеостаз, обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. Является проявлением свойства жизни, как самообновление (обновление эпидермиса кожи, эпителия слизистой кишечника).

58. Репаративная регенерация и способы ее осуществления. Проявление регенеративной способности в филогенезе. Соматический эмбриогенез. Аутотомия.

Репаративная регенерация наступает после повреждения ткани или органа. Она очень разнообразна по факторам, вызывающим повреждения, по объемам повреждения, по способам восстановления. Механическая травма, например оперативное вмешательство, действие ядовитых веществ, ожоги, обморожения, лучевые воздействия, голодание, другие болезнетворные агенты,— все это повреждающие факторы. Наиболее широко изучена регенерация после механической травмы. Способность некоторых животных, таких, как гидра, планария, некоторые кольчатые черви, морские звезды, асцидия и др., восстанавливать утраченные органы и части организма издавна изумляла ученых. Ч. Дарвин, например, считал удивительными способность улитки воспроизводить голову и способность саламандры восстанавливать глаза, хвост и ноги именно в тех местах, где они отрезаны. Объем повреждения и последующее восстановление бывают весьма различными. Крайним вариантом является восстановление целого организма из отдельной малой его части, фактически из группы соматических клеток. Среди животных такое восстановление возможно у губок и кишечнополостных. Среди растений возможно развитие целого нового растения даже из одной соматической клетки, как это получено на примере моркови и табака. Такой вид восстановительных процессов сопровождается возникновением новой морфогенетической оси организма и назван Б.П. Токиным «соматическим эмбриогенезом», ибо во многом напоминает эмбриональное развитие. Существуют примеры восстановления больших участков организма, состоящих из комплекса органов. В качестве примера служат регенерация ротового конца у гидры, головного конца у кольчатого червя и восстановление морской звезды из одного луча. Широко распространена регенерация отдельных органов, например конечности у тритона, хвоста у ящерицы, глаз у членистоногих. Заживление кожных покровов, ран, повреждений костей и других внутренних органов является менее объемным процессом, но не менее важным для восстановления структурно-функциональной целостности организма. Особый интерес представляет способность зародышей на ранних стадиях развития восстанавливаться после значительной утраты материала. Эта способность была последним аргументом в борьбе между сторонниками преформизма и эпигенеза и привела в 1908 г. Г. Дриша к концепции эмбриональной регуляции. Существует несколько разновидностей или способов репаративной регенерации. К ним относят эпиморфоз, морфаллаксис, заживление эпителиальных ран, регенерационную гипертрофию, компенсаторную гипертрофию. Эпителизация при заживлении ран с нарушенным эпителиальным покровом идет примерно одинаково, независимо от того, будет далее происходить регенерация органа путем эпиморфоза или нет. Эпидермальное заживление раны у млекопитающих в том случае, когда раневая поверхность высыхает с образованием корки, проходит следующим образом. Эпителий на краю раны утолщается вследствие увеличения объема клеток и расширения межклеточных пространств. Сгусток фибрина играет роль субстрата для миграции эпидермиса в глубь раны. В мигрирующих эпителиальных клетках нет митозов, однако они обладают фагоцитарной активностью. Клетки с противоположных краев вступают в контакт. Затем наступает кератинизация раневого эпидермиса и отделение корки, покрывающей рану. К моменту встречи эпидермиса противоположных краев в клетках, расположенных непосредственно вокруг края раны, наблюдается вспышка митозов, которая затем постепенно падает. По одной из версий, эта вспышка вызвана понижением концентрации ингибитора митозов — кейлона. Эпиморфоз представляет собой наиболее очевидный способ регенерации, заключающийся в отрастании нового органа от ампутационной поверхности. Регенерация конечности тритона и аксолотля изучена детально. Выделяют регрессивную и прогрессивную фазы регенерации. Регрессивная фаза начинается с заживления раны, во время которого происходят следующие основные события: остановка кровотечения, сокращение мягких тканей культи конечности, образование над раневой поверхностью сгустка фибрина и миграция эпидермиса, покрывающего ампутационную поверхность. Затем начинается разрушение остеоцитов на дистальном конце кости и других клеток. Одновременно в разрушенные мягкие ткани проникают клетки, участвующие в воспалительном процессе, наблюдается фагоцитоз и местный отек. Затем вместо образования плотного сплетения волокон соединительной ткани, как это происходит при заживлении ран у млекопитающих, в области под раневым эпидермисом утрачиваются дифференцированные ткани. Характерна остеокластическая эрозия кости, что является гистологическим признаком дедифференцировки. Раневой эпидермис, уже пронизанный регенерирующими нервными волокнами, начинает быстро утолщаться. Промежутки между тканями все более заполняются мезенхимоподобными клетками. Скопление мезенхимных клеток под раневым эпидермисом является главным показателем формирования регенерационной бластемы. Клетки бластемы выглядят одинаково, но именно в этот момент закладываются основные черты регенерирующей конечности. Затем начинается прогрессивная фаза, для которой наиболее характерны процессы роста и морфогенеза. Длина и масса регенерационной бластемы быстро увеличиваются. Рост бластемы происходит на фоне идущего полным ходом формирования черт конечности, т.е. ее морфогенеза. Когда форма конечности в общих чертах уже сложилась, регенерат все еще меньше нормальной конечности. Чем крупнее животное, тем больше эта разница в размерах. Для завершения морфогенеза требуется время, по истечении которого регенерат достигает размеров нормальной конечности. Некоторые стадии регенерации передней конечности у тритона после ампутации на уровне плеча показаны на рис. 8.26. Время, необходимое для полной регенерации конечности, варьирует в зависимости от размера и возраста животного, а также от температуры, при которой она протекает. У молодых личинок аксолотлей конечность может регенерировать за 3 нед, у взрослых тритонов и аксолотлей за 1—2 мес, а у наземных амбистом для этого требуется около 1 года. При эпиморфной регенерации не всегда образуется точная копия удаленной структуры. Такую регенерацию называют атипичной. Существует много разновидностей атипичной регенерации. Гипоморфоз — регенерация с частичным замещением ампутированной структуры. Так, у взрослой шпорцевой лягушки возникает шиловидная структура вместо конечности. Гетероморфоз — появление иной структуры на месте утраченной. Это может проявляться в виде гомеозисной регенерации, заключающейся в появлении конечности на месте антенн или глаза у членистоногих, а также в изменении полярности структуры. Из короткого фрагмента планарии можно стабильно получать биполярную планарию. Встречается образование дополнительных структур, или избыточная регенерация. После надреза культи при ампутации головного отдела планарии возникает регенерация двух голов или более. Можно получить больше пальцев при регенерации конечности аксолотля, повернув конец культи конечности на 180°. Дополнительные структуры являются зеркальным отражением исходных или регенерировавших структур, рядом с которыми они расположены (закон Бэйтсона). Морфаллаксис — это регенерация путем перестройки регенерирующего участка. Примером служит регенерация гидры из кольца, вырезанного из середины ее тела, или восстановление планарии из одной десятой или двадцатой ее части. На раневой поверхности в этом случае не происходит значительных формообразовательных процессов. Отрезанный кусочек сжимается, клетки внутри него перестраиваются, и возникает целая особьуменьшенных размеров, которая затем растет. Этот способ регенерации впервые описал Т. Морган в 1900 г. В соответствии с его описанием морфаллаксис осуществляется без митозов. Нередко имеет место сочетание эпиморфного роста на месте ампутации с реорганизацией путем морфаллаксиса в прилежащих частях тела. Регенерационная гипертрофия относится к внутренним органам. Этот способ регенерации заключается в увеличении размеров остатка органа без восстановления исходной формы. Иллюстрацией служит регенерация печени позвоночных, в том числе млекопитающих. При краевом ранении печени удаленная часть органа никогда не восстанавливается. Раневая поверхность заживает. В то же время внутри оставшейся части усиливается размножение клеток (гиперплазия) и в течение двух недель после удаления 2/3 печени восстанавливаются исходные масса и объем, но не форма. Внутренняя структура печени оказывается нормальной, дольки имеют типичную для них величину. Функция печени также возвращается к норме. Компенсаторная гипертрофия заключается в изменениях в одном из органов при нарушении в другом, относящемся к той же системе органов. Примером является гипертрофия в одной из почек при удалении другой или увеличение лимфатических узлов при удалении селезенки. Последние два способа отличаются местом регенерации, но механизмы их одинаковы: гиперплазия и гипертрофия. Восстановление отдельных мезодермальных тканей, таких, как мышечная и скелетная, называют тканевой регенерацией. Для регенерации мышцы важно сохранение хотя бы небольших ее культей на обоих концах, а для регенерации кости необходима надкостница. Регенерация путем индукции происходит в определенных мезодермальных тканях млекопитающих в ответ на действие специфических индукторов, которые вводят внутрь поврежденной области. Этим способом удается получить полное замещение дефекта костей черепа после введения в него костных опилок. Таким образом, существует множество различных способов или типов морфогенетических явлений при восстановлении утраченных и поврежденных частей организма. Различия между ними не всегда очевидны, и требуется более глубокое понимание этих процессов. Изучение регенерационных явлений касается не только внешних проявлений. Существует целый ряд вопросов, носящих проблемный и теоретический характер. К ним относятся вопросы регуляции и условий, в которых протекают восстановительные процессы, вопросы происхождения клеток, участвующих в регенерации, способности к регенерации у различных групп, животных и особенностей восстановительных процессов у млекопитающих. Установлено, что в конечности амфибий после ампутации и в процессе регенерации происходят реальные изменения электрической активности. При проведении электрического тока через ампутированную конечность у взрослых шпорцевых лягушек наблюдается усиление регенерации передних конечностей. В регенератах увеличивается количество нервной ткани, из чего делается вывод, что электрический ток стимулирует врастание нервов в края конечностей, в норме не регенерирующих. Попытки стимулировать подобным образом регенерацию конечностей у млекопитающих оказались безуспешными. Так, под действием электрического тока или при сочетании действия электрического тока с фактором роста нервов удавалось получить у крысы только разрастание скелетной ткани в виде хрящевых и костных мозолей, которые не походили на нормальные элементы скелета конечностей. Несомненна регуляция регенерационных процессов со стороны нервной системы. При тщательной денервации конечности во время ампутации эпиморфная регенерация полностью подавляется и бластема никогда не образуется. Были проведены интересные опыты. Если нерв конечности тритона отвести под кожу основания конечности, то образуется дополнительная конечность. Если его отвести к основанию хвоста — стимулируется образование дополнительного хвоста. Отведение нерва на боковую область никаких дополнительных структур не вызывает. Эти эксперименты привели к созданию концепции регенерационных полей. Было установлено, что для инициации регенерации решающим является число нервных волокон. Тип нерва роли не играет. Влияние нервов на регенерацию связывается с трофическим действием нервов на ткани конечностей. Получены данные в пользу гуморальной регуляции регенерационных процессов. Особенно распространенной моделью для изучения этого является регенерирующая печень. После введения нормальным интактным животным сыворотки или плазмы крови от животных, подвергшихся удалению печени, у первых наблюдалась стимуляция митотической активности клеток печени. Напротив, при введении травмированным животным сыворотки от здоровых животных получали снижение количества митозов в поврежденной печени. Эти опыты могут свидетельствовать как о присутствии в крови травмированных животных стимуляторов регенерации, так и о присутствии в крови интактных животных ингибиторов клеточного деления. Объяснение результатов опытов затрудняется необходимостью учитывать иммунологический эффект инъекций. Важнейшим компонентом гуморальной регуляции компенсаторной и регенерационной гипертрофии является иммунологический ответ. Не только частичное удаление органа, но и многие воздействия вызывают возмущения в иммунном статусе организма, появление аутоантител и стимуляцию процессов клеточной пролиферации. Большие разногласия существуют по вопросу о клеточных источниках регенерации. Откуда берутся или как возникают недифференцированные клетки бластемы, морфологически сходные с мезенхимными? Существует три предположения. Гипотеза резервных клеток подразумевает, что предшественниками регенерационной бластемы являются так называемые резервные клетки, которые останавливаются на некоем раннем этапе своей дифференцировки и не участвуют в процессе развития до получения стимула к регенерации. Гипотеза временной дедифференцировки, или модуляции, клеток предполагает, что в ответ на регенерационный стимул дифференцированные клетки могут утрачивать признаки специализации, но затем снова дифференцируются в тот же клеточный тип, т.е., потеряв на время специализацию, они не утрачивают детерминацию. Гипотеза полной дедифференцировки специализированных клеток до состояния, сходного с мезенхимными клетками и с возможной последующей трансдифференцировкой или метаплазией, т.е. превращением в клетки другого типа, полагает, что в этом случае клетка утрачивает не только специализацию, но и детерминацию. Современные методы исследования не позволяют с абсолютной достоверностью доказать все три предположения. Тем не менее абсолютно верно, что в культях пальцев аксолотля происходит высвобождение хондроцитов из окружающего матрикса и миграция их в регенерационную бластему. Дальнейшая их судьба не определена. Большинство исследователей признают дедифференцировку и метаплазию при регенерации хрусталика у амфибий. Теоретическое значение этой проблемы заключается в допущении возможности или невозможности изменений клеткой ее программы до такой степени, что она возвращается в состояние, когда снова способна делиться и репрограммироватьсвой синтетический аппарат. Например, хондроцит становится миоцитом или наоборот. Способность к регенерации не имеет однозначной зависимости от уровня организации, хотя давно уже было замечено, что более низко организованные животные обладают лучшей способностью к регенерации наружных органов. Это подтверждается удивительными примерами регенерации гидры, планарий, кольчатых червей, членистоногих, иглокожих, низших хордовых, например асцидий. Из позвоночных наилучшей регенерационной способностью обладают хвостатые земноводные. Известно, что разные виды одного и того же класса могут сильно отличаться по способности к регенерации. Кроме того, при изучении способности к регенерации внутренних органов оказалось, что она значительно выше у теплокровных животных, например у млекопитающих, по сравнению с земноводными. Регенерация у млекопитающих отличается своеобразием. Для регенерации некоторых наружных органов нужны особые условия. Язык, ухо, например, не регенерируют при краевом повреждении. Если же нанести сквозной дефект через всю толщу органа, восстановление идет хорошо. В некоторых случаях наблюдали регенерацию сосков даже при ампутации их по основанию. Регенерация внутренних органов может идти очень активно. Из небольшого фрагмента яичника восстанавливается целый орган. Об особенностях регенерации печени уже было сказано выше. Различные ткани млекопитающих тоже хорошо регенерируют. Есть предположение, что невозможность регенерации конечностей и других наружных органов у млекопитающих носит приспособительный характер и обусловлена отбором, поскольку при активном образе жизни нежные морфогенетические процессы затрудняли бы существование. Достижения биологии в области регенерации успешно применяются в медицине. Однако в проблеме регенерации очень много нерешенных вопросов.

59. Биологическое и медицинское значение проблем регенерации. Проявление регенерационной способности у человека. Регенерация патологически измененных органов и обратимость патологических изменений. Регенерационная терапия.

60. Понятие о гомеостазе. Общие закономерности гомеостаза живых систем. Генетические, клеточные и системные основы гомеостатических реакций организма. Роль эндокринной, нервной и иммунной систем в обеспечении гомеостаза и адаптивных изменений.

ГОМЕОСТАЗ,способность живых организмов сохранять относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций в условиях изменяющейся внешней среды. Предположение о существовании физиологических механизмов, обеспечивающих подобное равновесие, было высказано французским физиологом К. Бернаром в сер. 19 в. В 1930-х гг. американский физиолог У. Кеннон ввёл термин «гомеостаз». Способность сохранять гомеостаз - свойство живой системы, находящейся в состоянии динамического равновесия с условиями внешней среды. Эта способность неодинакова. По мере усложнения организма она становится все более независимой от условий внешней среды: так, человек имеет сложные нервные, эндокринные, иммунные механизмы регуляции. 2. Молекулярно-генетический уровень гомеостаза обеспечивается процессами редупликации ДНК, репарации на уровне клетки - компенсаторное восстановление ряда органоидов при повышении функции. 3. Контроль за генетическим постоянством осуществляется иммунной системой. 4. В системных механизмах гомеостаза действуют кибернетические принципы отрицательной обратной связи: при любом возмущающем воз действии - влияние нервных и эндокринных механизмов. 5. Нормализация физиологических показателей осуществляется на основе свойства раздражимости, у высших организмов - инстинкты, условные рефлексы, элементы рассудочной деятельности, абстрактное мышление. 6. Каждый возрастной период характеризуется специфическими особенностями обмена вещества, энергии, механизмами гомеостаза: ювенильный период - механизмы гомеостаза не созрели - на рушение физиологических процессов, болезненные процессы; зрелый - совершенствование обменных процессов. Система восстановления гомеостаза обеспечивает компенсацию;старческий - надежность механизма поддержания гомеостаза ослабляется. 7. На поддержание гомеостаза направлены адаптивные реакции организма к окружающим условиям: на клеточном уровне - изменение порога чувствительности и метаболизма, на организменном - перестройка физиологических функций и поведения. У млекопитающих и человека важнейшую роль играют нервные механизмы, гипоталамо-гипофизарная и симпатико-адреналиновая системы. Физиологическая адаптация - совокупность реакций, способствующих приспособлению организма к изменению окружающих условий и направленных на сохранение гомеостаза. При действии сильных раздражителей - неспецифический ответ в виде стресса. В реакции стресса 3 стадии: тревоги: рецептор --- симпато-адреналиновая система --- выделение адреналина мозговым веществом надпочечников -- повышение сахара в крови, усиление сердечных сокращений, повышение артериального давления; стадия резистентности (устойчивого приспособления): адреналин через гипоталамус --- нейрогормон либерин (специальные клетки) --- передняя доля гипофиза выделяет адренокортикотропный гормон --- усиление продукции гормонов коры надпочечников, которые повышают устойчивость организма к стрессу (увеличение глюкозы, аминокислот......); истощение --- кора надпочечников не может дать необходимое количество гормона, что может привести к стрессу. Адаптационный синдром является физиологической мерой против возникновения болезни. Биоритмы - ритмичные процессы жизнедеятельности (хронобиология), результат естественного отбора. Выработался эндогенный ритм организма, синхронный с периодическими процессами внешней среды. Зоофункция у человека имеет периодичность: t тела изменяется в течение суток - max в 18 часов, ночью снижается, min с 1 часа до 5 часов, днем повышается - зависит от скорости биохимических процессов. Суточные: митоз - 5 часов - самое активное деление, тромбоциты - ночью меньше, свертываемость выше днем, адреналина больше утром - min в 18 часов, активность физиологических процессов повышается утром, понижается ночью. Сезонные: изменение длины светового дня является важным фактором для перестройки деятельности при участии гипоталамо-гипофизарной системы. Обострение хронических заболеваний - следствие рассогласованности биоритмов: сердечных, дыхательных. Изменение солнечной активности - психиатрические заболевания, сердечно-сосудистые. Баланс генов в популяции также находится в сфере действия гомеостатической регуляции. Изменения генов — мутации — происходят постоянно, причем большая часть мутаций вредна для организма. В некоторых случаях мутации даже приводят к гибели или к потере способности к размножению. Однако мутантные гены могут оказаться рецессивными по своей природе, т. е. действие их в организме никак не проявляется, так что носитель таких генов может быть совершенно нормальным во всех отношениях. Только в том случае, когда происходит сочетание двух рецессивных генов, проявляется соответствующий признак. Если гены вызывают гибель организма и бесплодие (стерильность), то тем самым они исчезают из популяции. При этом потеря одного гена компенсируется постоянным появлением новых генов, образующихся в результате мутаций. Следовательно, в силу такого подвижного равновесия общее число генов (даже если они не проявляются) остается в популяции постоянным. Возьмем в качестве примера ген, действие которого проявляется в недоразвитии конечностей у крупного рогатого скота. Если теленок получил этот ген от обоих родителей, то у него отсутствуют ноги, и в нормальных условиях такой теленок погибнет от голода. Каждая такая гибель ведет к исчезновению двух генов из популяции; тем не менее, число телят, рождающихся без ног, остается постоянным. Причина заключается в том, что новые мутации генов, ответственных за формирование ног, происходят с постоянной частотой, в точности равной частоте исчезновения генов из популяции. Если частота мутаций повышается, например, под действием ионизирующего излучения, то содержание в популяции генов, вызывающих безногость, возрастет. В результате будет рождаться больше безногих телят и вновь установится равновесие, хотя и на более высоком уровне. Близкородственное скрещивание в изолированной популяции животных повышает скорость исчезновения (элиминации) генов. При спаривании животных, находящихся в близком родстве, сочетание двух рецессивных генов происходит чаще и потому чаще рождаются безногие телята; с их гибелью численность генов безногости в популяции снижается, и новое равновесие устанавливается на более низком уровне. Клетки — создания необычайно консервативные, они располагают многообразными средствами для поддержания «статус-кво». Любая клетка способна функционировать лишь до тех пор, пока изменения ее внутренних компонентов и состава жидкости, омывающей ее плазматическую мембрану, не переходят известных границ. Клетки, выделенные из организма, могут жить неопределенно долгое время, если поместить их в жидкость, содержащую все необходимые вещества, и создать в ней такие же физические условия, какие существуют в жидкостях тела. У живых организмов выработалось поразительное разнообразие механизмов для поддержания постоянства внутренней среды. У человека, так же как и у всех позвоночных, этой внутренней средой служит внеклеточная жидкость, омывающая по существу все клетки тела. Клод Бернар описал эту удивительную стабильность состава внеклеточной жидкости и отметил ряд механизмов, с помощью которых млекопитающие и птицы поддерживают его постоянство. Некоторые механизмы регуляции внеклеточной среды имеются и у низших животных, но они не так эффективны, как у млекопитающих. Уолтер Кэннон в начале XX века исследовал ряд других механизмов, поддерживающих постоянство внутренней среды; эту активную стабилизацию внеклеточной среды, стремление организма обеспечивать ее постоянство, несмотря на изменения внешних условий, он назвал гомеостазом. В основе механизмов гомеостаза лежат функции биологических мембран, связанные с простой физической диффузией, облегченной диффузией и активным переносом. У человека одним из важнейших органов, поддерживающих постоянство внеклеточной среды, является почка, хотя в этом участвуют также легкие, пищеварительный тракт и кожа. В сущности почти каждый орган играет какую-то роль в регулировании одного или нескольких компонентов внеклеточной жидкости. Система кровообращения снабжает все части организма кровью и растворенными в ней веществами. Вода и растворенные материалы переходят из крови в жидкости, омывающие каждую клетку. Это обеспечивает постоянный обмен различными материалами между разными частями тела, а непрерывное смешивание жидкостей помогает поддерживать постоянство их состава. Дыхательная система — легкие, жабры или иные органы — обеспечивает поступление кислорода из внешней среды в кровь, которая разносит его по всему организму и передает жидкостям, непосредственно окружающим клетки. В то же время двуокись углерода, образующаяся в процессе метаболизма клетки, переходит через внеклеточную жидкость, кровь и дыхательную поверхность во внешнюю среду. Пищеварительная система перерабатывает пищу, после чего питательные вещества всасываются в кровь или лимфу и доставляются клеткам через внеклеточную жидкость. Печень, мышцы и другие ткани в результате ферментативных реакций, составляющих так называемый промежуточный обмен, превращают эти питательные вещества в другие соединения и накапливают освобождающуюся при этом энергию в форме АТФ и других молекул с макроэргическими связями. Почки регулируют концентрацию многих веществ в крови и удаляют из нее ненужные продукты обмена. Каждый из этих процессов в свою очередь регулируется приспособлениями, поддерживающими его постоянство. Многие из таких приспособлений основаны на принципе обратной связи: например, накопление определенного вещества ведет к замедлению реакции, в процессе которой оно синтезируется, а недостаток этого вещества — к ускорению той же реакции. Функции отдельных органов представляют собой совокупный результат функций отдельных клеток этих органов, а эти клеточные функции в свою очередь зависят от свойств клеточных мембран. Нервная система состоит из трех основных звеньев: чувствительного (афферентного), центрального (интегративного) и двигательного (или моторного). Рецепторы чувствительного звена воспринимают разнообразную информацию о состоянии организма или внешней среды. Так, кожные рецепторы каждый раз сигнализируют о контакте любого участка кожи с каким-либо объектом. Глаз — это орган чувств, дающий визуальную информацию об окружающей обстановке. Ухо также относится к органам чувств. Центральное звено нервной системы состоит из головного и спинного мозга. Головной мозг способен хранить информацию, генерировать идеи, ставить цели и определять варианты реакции организма в ответ на ощущения. Воспринятые сигналы затем передаются на двигательное звено с целью выполнения необходимого действия. Значительную часть нервной системы составляет автономная (вегетативная) нервная система. Незаметно для нашего сознания она управляет работой внутренних органов, в том числе регулирует сердечный выброс, моторику желудочно-кишечного тракта, а также секрецию разных желез организма. В организме имеются восемь основных эндокринных желез, которые выделяют химические вещества, называемые гормона ми. Гормоны поступают во внеклеточную жидкость, с помощью которой транспортируются во все участки организма с целью регуляции клеточных функций. Так, тиреоидные гормоны увеличивают скорость большинства химических реакций во всех клетках, способствуя таким образом установлению определенного уровня обмена в организме. Инсулин регулирует обмен глюкозы, адренокортикотропный гормон (АКТГ) — содержание ионов натрия, а паратиреоидный гормон — содержание ионов кальция и фосфатов в костях. Таким образом, эндокринная система дополняет нервные механизмы регуляции. Нервная система регулирует в основном деятельность скелетных мышц, в то время как гормоны контролируют разнообразные метаболические функции. Иммунный гомеостаз - это часть общего гомеостаза. Поддерживается иммунный гомеостаз при помощи иммунной системы, главная задача которой не допустить в организм любых «чужаков». К «чужакам» могут относиться любые возбудители инфекции, инородные тела, чужеродные белки и даже собственные измененные клетки (например, клетки злокачественной опухоли). Иммунная система отслеживает появление таких элементов и беспощадно уничтожает, поддерживая тем самым постоянство внутренней среды. Иногда иммунная система дает сбои и нападает на «своих» (например, на клетки какого-то органа), в результате возникают аутоиммунные заболевания. Система иммунитета представлена двумя ветвями - клеточным и гуморальным иммунитетом. Болезнь является проявлением нарушения гомеостаза. Все заболевания условно можно разделить на инфекционные и неинфекционные или соматические. Инфекционные заболевания - это результат проникновения в организм возбудителей инфекции (бактерий, вирусов, грибов, простейших). В большинстве случаев нормальная иммунная система справляется с этими заболеваниями. Неинфекционные заболевания (например, ишемическая болезнь сердца, гастрит, диффузный токсический зоб) являются результатом тяжелых физических или психических нагрузок, неправильного образа жизни. Как правило, эти заболевания сопровождаются нарушениями иммунитета, поэтому организм не может с ними справиться, в этом случае заболевание становится хроническим. Главными органами иммунной системы являются костный мозг и вилочковая железа (тимус). Кроме того, в формировании иммунитета участвуют селезенка, лимфатические узлы, скопления лимфатической ткани в кишечнике, миндалины носоглоточного кольца. Большое количество иммунных клеток, лимфоцитов (вид лейкоцитов) и макрофагов (клеток соединительной ткани, способные захватывать и переваривать «чужаков»), находится в крови и лимфатической жидкости. В красном костном мозге образуются молодые клетки, которые получили название стволовых. Из стволовых клеток в дальнейшем образуются все клетки крови и иммунные клетки. Стволовые клетки, из которых в дальнейшем образуются лимфоциты, попадают в вилочковую железу, где под влиянием гормонов они превращаются в Т-лимфоциты и затем с током крови попадают в лимфатические узлы, селезенку и кишечник. Выделяясь в кровь, гормоны вилочковой железы способствуют развитию Т-лимфоцитов и вне вилочковой железы. Лимфатические узлы являются механическим препятствием (барьером) для возбудителей инфекции. В них осуществляется задержка и отбор «чужаков», которые подлежат уничтожению. Кроме того, в лимфатических узлах нейтрализуются и разлагаются токсины, образовавшиеся в процессе обмена веществ, бактериальные токсины и отмершие клетки. Ткань селезенки делится на красную и белую. Лимфоциты и макрофаги образуются в белой ткани. Лимфоидная ткань кишечника, дыхательных путей и мочеполовых органов представляет собой скопления лимфоцитов и макрофагов. При появления «чужаков» в ней активизируются Т- и В-лимфоциты, макрофаги и образуются иммуноглобулины (антитела) - все эти элементы обеспечивают местный иммунитет. Т-лимфоциты делятся на три вида: Т-киллеры (убийцы) - убивают инфицированные и злокачественные клетки; Т-хелперы (помощники) - способствуют образованию киллеров и превращению В-лимфоцитов в плазмоциты (они продуцируют антитела); Т-супрессоры - регулируют образование антител, то есть гуморальный иммунитет. Возбудитель инфекции попадает в лимфоузел, где его переваривают фагоциты - клетки крови и соединительной ткани, способные к фагоцитозу (перевариванию антигенов или «чужаков»). Это первый этап работы иммунной системы - клеточный иммунитет. Затем под воздействием возбудителей инфекции, служащим пусковым сигналом, В-лимфоциты превращаются в плазмоциты и начинают продуцировать иммуноглобулины или антитела, которые подходят к данному виду возбудителей инфекции, как ключ к замку. Антитела склеиваются с возбудителями инфекции (антигенами) и нейтрализуют их. Это второй этап иммунной системы - гуморальный иммунитет. Иммунная система является единой слаженной системой, состоящей из множества звеньев, состоящих между собой в сложной взаимосвязи. Нарушение одного звена может быть компенсировано другими звеньями, а может вызвать цепную реакцию нарушения иммунитета в целом.

61. Проблема трансплантации органов и тканей. Ауто-, алло- и гетеротрансплантация. Трансплантация жизненно важных органов. Тканевая несовместимость и пути ее преодоления. Искусственные органы.

ТРАНСПЛАНТАЦИЯ (на средневековой латыни transplantatio - пересаживание), пересадка органов и тканей человека и животных. Используется трансплантация кожи, мышц, нервов, роговицы глаза, жировой и костной ткани, костного мозга, сердца, почек и др. Особый вид трансплантации - переливание крови. При экспериментах на животных и в клинической медицине применяют ауто - (трансплантация собственных тканей), гомо-(трансплантация от донора того же вида) и гетеротрансплантацию (трансплантация от донора другого вида, например собаке от кролика). Проблемы трансплантации изучает трансплантология. Пересадка тканей. Гомотрансплантаты, т.е. ткани одного и того же организма или однояйцовых близнецов (например, при пересадке кожи или пластических операциях), обычно хорошо приживляются на новом месте. Иммунологическая реакция не развивается, так как гены и кодируемые ими белки в пересаженной ткани и клетках реципиента абсолютно одинаковы. Если же ткань взята от донора, не связанного с реципиентом близким родством, она может сохраняться на месте пересадки некоторое время, но затем отторгается. Подбор донора по тканевой совместимости с реципиентом имеет жизненно важное значение при пересадках сердца, почек и других органов. Гены, ответственные за приживляемость или отторжение пересаженной ткани, образуют т.н. «главный комплекс гистосовместимости». Аутотрансплантация – пересадка собственных органов и тканей. Аллотрансплантация – донор и реципиент – особи одного вида. Гетеротрасплантация – разные биологические виды.

62. Биологические ритмы. Медицинское значение хронобиологии.

Биологические ритмы — фундаментальное свойство органического мира, обеспечивает его способность адаптации и выживания в циклически меняющихся условиях внешней среды. Биоритмы - циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Одни биологические ритмы относительно самостоятельны (частота сокращений сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организмов к геофизическим циклам - суточным (колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности животных), приливным (биологические процессы у организмов, связанные с уровнем морских приливов), годичным (изменение численности и активности животных, роста и развития растений и др.). Наука о биологических ритмах - хронобиология. Хронобиология — наука, комбинирующая исследования и количественно оценивающая механизмы временной структуры. Одна из современных областей биологии, изучает механизмы регуляции суточных ритмов митотической активности, что имеет важное значение для медицины.

63. Жизнь тканей и органов вне организма. Значение методы культуры тканей в биологии и медицине.

КУЛЬТУРА КЛЕТОК И ТКАНЕЙ, метод сохранения в жизнеспособном состоянии клеток, участков тканей, органов или их частей вне организма. Во 2-й пол. 19 в. развитие микробиологии, прежде всего медицинской (необходимость выделения и изучения микробов, вызывающих инфекционные болезни), а также производств, основанных на процессах брожения (виноделие и др.), привело к созданию методов культивирования клеток бактерий, дрожжей и других микроорганизмов, т. е. методов их выделения, выращивания, размножения и сохранения в искусственных условиях. Были разработаны составы жидких и твёрдых питательных сред, методы, обеспечивающие их стерильность, способы выращивания чистых культур, состоящих из клеток одного вида, и т. д. К сер. 20 в. было освоено культивирование микроорганизмов в промышленных масштабах. Первые опыты по выращиванию клеток и тканей животных вне организма были сделаны в нач. 20 в. Дальнейшее совершенствование метода шло параллельно успехам цитологии, биохимии, генетики, эмбриологии, молекулярной биологии. Его возможности возросли после того, как научились получать изолированные клетки из различных животных тканей (путём их обработки специальными ферментами, растворяющими межклеточное вещество и разрушающими межклеточные контакты) и выяснили потребности разных клеток в гормонах, факторах роста и др. веществах, вносимых в искусственные питательные среды. Очевидные преимущества работы с генетически однородными клетками и тканями в контролируемых условиях вне организма по сравнению с проведением исследований на целых организмах сделали этот метод одним из наиболее универсальных в биологии. Столь же плодотворным оказалось его применение в медицине и при решении ряда задач сельского хозяйства и биотехнологии. Клеточные и тканевые культуры использовались для изучения закономерностей митоза и числа клеточных циклов (делений) у клеток разных типов и выяснения в связи с этим «запрограммированности» процесса старения, для изучения механизмов клеточной дифференцировки, формирования специализированных тканей и органов, а также (при совместном культивировании) влияния друг на друга клеток разных типов. Культура клеток и тканей растений появилась позднее – в 1958 г., но уже всего через 6 лет из единственной клетки, извлечённой из корня моркови, удалось в условиях культуры вырастить целое растение с дифференцированными тканями и органами. Это направление широко применяется в селекции и биотехнологии. Совместное культивирование клеток разных линий (клонов) привело к рождению нового важного раздела в экспериментальной биологии – генетики соматических клеток и прежде всего метода гибридизации соматических клеток. Клеточные и тканевые культуры позволяют исследовать такие важные для медицины проблемы, как перерождение нормальных клеток в опухолевые, всесторонне изучать их свойства, чувствительность клеток к физическим и химическим факторам, в т. ч. к лекарствам, а также определять потенциальную мутагенность и канцерогенно-сти этих факторов, т. е. их способность вызывать мутации и опухоли. Разработка методов длительного культивирования позволяет формировать банки клеточных линий, обладающих определёнными генетическими и биохимическими свойствами. На этой основе создаются методы криоконсервации (от греч. «криос» – холод) – сохранение в условиях глубокого охлаждения клеток, тканей и органов для трансплантации (пересадки), в качестве резервного генофонда редких и исчезающих биологических видов, а также для других целей. С кон. 20 в. стали возникать банки, в которых хранятся замороженные стволовые клетки, используемые для лечения самых различных болезней и травм. Клеточные культуры служат также удобными объектами для изучения тканевой несовместимости и других иммунных реакций. Они используются в диагностике вирусов и для получения вакцин. Таким образом, культура клеток и тканей применяется для решения как фундаментальных теоретических проблем (таких, напр., как клеточная дифференцировка), так и различных практических задач, особенно в области медицины. Этот метод – неотъемлемая составная часть генной инженерии, клеточной инженерии, клонирования и других направлений экспериментальной биологии.

64. Клиническая и биологическая смерть. Реанимация. Живой организм не погибает одновременно с остановкой дыхания и прекращения сердечной деятельности, поэтому даже после их остановки организм продолжает некоторое время жить. Это время определяется способностью мозга выжить без поступления к нему кислорода, оно длится 4–6 минут, в среднем – 5 минут. Этот период, когда все угасшие жизненно важные процессы организма еще обратимы, называется клинической смертью. Клиническая смерть может быть вызвана обильным кровотечением, электротравмой, утоплением, рефлекторной остановкой сердца, острым отравлением и т. д. Признаки клинической смерти: 1) отсутствие пульса на сонной или бедренной артерии; 2) отсутствие дыхания; 3) потеря сознания; 4) широкие зрачки и отсутствие их реакции на свет. Поэтому, прежде всего, необходимо определить у больного или пострадавшего наличие кровообращения и дыхания. Определение признаков клинической смерти: Отсутствие пульса на сонной артерии – основной признак остановки кровообращения; Отсутствие дыхания можно проверить по видимым движениям грудной клетки при вдохе и выдохе или приложив ухо к груди, услышать шум дыхания, почувствовать (движение воздуха при выдохе чувствует­ся щекой), а также поднеся к губам зеркальце, стеклышко или часовое стекло, а также ватку или нитку, удерживая их пинцетом. Но именно на определение этого признака не следует тратить время, так как методы не совершенны и недостоверны, а главное требуют на свое определение много драгоценного времени; Признаками потери сознания являются отсутствие реакции на происходящее, на звуковые и болевые раздражители; Приподнимается верхнее веко пострадавшего и определяется размер зрачка визуально, веко опускается и тут же поднимается вновь. Если зрачок остается широким и не суживается после повторного приподнимания века, то можно считать, что реакция на свет отсутствует. Если из 4-х признаков клинической смерти определяется один из первых двух, то нужно немедленно приступить к реанимации. Так как только своевременно начатая реанимация (в течение 3–4 минут после остановки сердца) может вернуть пострадавшего к жизни. Не делают реанимацию только в случае биологической (необратимой) смерти, когда в тканях головного мозга и многих органах происходят необратимые изменения.Признаки биологической смерти:1) высыхание роговицы; 2) феномен «кошачьего зрачка»; 3) снижение температуры;. 4) тела трупные пятна; 5) трупное окоченениеОпределение признаков биологической смерти: Признаками высыхания роговицы является потеря радужной оболочкой своего первоначального цвета, глаз как бы покрывается белесой пленкой – «селедочным блеском», а зрачок мутнеет. Большим и указательным пальцами сжимают глазное яблоко, если человек мертв, то его зрачок изменит форму и превратится в узкую щель – «кошачий зрачок». У живого человека этого сделать не возможно. Если появились эти 2 признака, то это означает, что человек умер не менее часа тому назад. Температура тела падает постепенно, примерно на 1 градус Цельсия через каждый час после смерти. Поэтому по этим признакам смерть удостоверить можно только часа через 2–4 и позже. Трупные пятна фиолетового цвета появляются на нижележащих частях трупа. Если он лежит на спине, то они определяются на голове за ушами, на задней поверхности плеч и бедер, на спине и ягодицах. Трупное окоченение – посмертное сокращение скелетных мышц «сверху - вниз», т. е. лицо – шея – верхние конечности – туловище - нижние конечности. Полное развитие признаков происходит в течение суток после смерти. Реанимация — это комплекс мероприятий, направленных на оживление организма. Задачей реаниматолога является восстановление и поддержание сердечной деятельности, дыхания и обмена веществ больного. Реанимация наиболее эффективна в случаях внезапной остановки сердца при сохранившихся компенсаторных возможностях организма. Если же остановка сердца произошла на фоне тяжелого, неизлечимого заболевания, когда полностью истощены компенсаторные возможности организма, реанимация неэффективна. Убедиться в наличии признаков клинической смерти у пострадавшего. Перевернуть пострадавшего на спину. Освободить его грудную клетку от одежды и расстегнуть поясной ремень. Прикрыть двумя пальцами мечевидный отросток. Нанести короткий резкий удар кулаком в точку грудины, расположенную на 2-3 см выше мечевидного отростка, при этом локоть бьющей руки должен быть расположен вдоль тела пострадавшего. Такой удар называется прекардиальным. Проверить, появился ли пульс на сонной артерии. Если пульс не появился после прекардиального удара, начать непрямой массаж сердца - 15 надавливаний в точке прекардиального удара (надавливать необходимо прямыми скрещенными руками, наваливаясь на них всей тяжестью тела, чтобы грудина опускалась на 3-4 см, с частотой 40-60 раз в минуту), после надавливания необходимо дождаться, пока грудная клетка не вернется в исходное состояние. Сделать 2 вдоха “рот в рот”, зажав нос пострадавшего (предварительно освободить дыхательные пути от посторонних предметов, очистить ротовую полость, затем захватить подбородок и запрокинуть голову пострадавшего, чтобы открыть дыхательные пути). Эффективность действий проверяется по поднятию грудной клетки пострадавшего. На каждые 5 вдохов необходимо надавливать на живот пострадавшего для удаления воздуха из желудка. Выполнять комплекс реанимации (чередовать массаж сердца с искусственным дыханием) вплоть до прибытия медперсонала или появления пульса и дыхания. Через каждые 2-3 минуты следует проверять наличие пульса на сонной артерии.

65. Элементарные эволюционные факторы. Мутационный процесс и генетическая комбинаторика. Популяционные волны, изоляция, дрейф генов, естественный отбор. Взаимодействие элементарных эволюционных факторов.

Согласно синтетической теории эволюции, элементарное эволюционное явление, с которого начинается видообразование, заключается в изменении генетического состава (генетической конституции, или генофонда) популяции. События и процессы, способствующие преодолению генетической инертности популяций и приводящие к изменению их генофондов, называют элементарными эволюционными факторами. Важнейшими из них являются мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор. Изменения наследственного материала половых клеток в виде генных, хромосомных и геномных мутаций происходят постоянно. Особое место принадлежит генным мутациям. Они приводят к возникновению серий аллелей и, таким образом, к разнообразию содержания биологической информации. Вклад мутационного процесса в видообразование носит двоякий характер. Изменяя частоту одного аллеля по отношению к другому, он оказывает на генофонд популяции прямое действие. Еще большее значение имеет формирование за счет мутантных аллелей резерва наследственной изменчивости. Это создает условия для варьирования аллельного состава генотипов организмов в последовательных поколениях путем комбинативной изменчивости. Благодаря мутационному процессу поддерживается высокий уровень наследственного разнообразия природных популяций. Совокупность аллелей, возникающих в результате мутаций, составляет исходный элементарный эволюционный материал. В процессе видообразования он используется как основа действия других элементарных эволюционных факторов. Хотя отдельная мутация — событие редкое, общее число мутаций значительно. Допустим, что некая мутация возникает с частотой 1 на 100 000 гамет, количество локусов в геноме составляет 10 000, численность особей в одном поколении равна 10 000, а каждая особь производит 1000 гамет. При таких условиях по всем локусам за поколение в генофонде вида произойдет 10⁶ мутаций. За среднее время существования вида, равное нескольким десяткам тысяч поколений, количество мутаций составит 10¹⁰. Большинство мутаций первоначально оказывает на фенотип особей неблагоприятное действие. В силу рецессивности мутантные аллели обычно присутствуют в генофондах "популяций в гетерозиготных по соответствующему локусу генотипах. Благодаря этому достигается тройственный положительный результат: 1) исключается непосредственное отрицательное влияние мутантного аллеля на фенотипическое выражение признака, контролируемого данным геном; 2) сохраняются нейтральные мутации, не имеющие приспособительной ценности в настоящих условиях существования, но которые смогут приобрести такую ценность в будущем; 3) накапливаются некоторые неблагоприятные мутации, которые в гетерозиготном состоянии нередко повышают относительную жизнеспособность организмов (эффект гетерозиса). Таким образом создается резерв наследственной изменчивости популяции. Доля полезных мутаций мала, однако их абсолютное количество в пересчете на поколение или период существования вида может быть большим. Допустим, что одна полезная мутация приходится на 1 млн. вредных. Тогда в рассматриваемом выше примере среди 10⁶ мутаций за одно поколение 10⁴ будет полезной. За время существования вида его генофонд обогатится 10⁴ полезными мутациями. Мутационный процесс, выполняя роль элементарного эволюционного фактора, происходит постоянно на протяжении всего периода существования жизни, а отдельные мутации возникают многократно у разных организмов. Генофонды популяций испытывают непрерывное давление мутационного процесса. Это обеспечивает накопление мутаций, несмотря на высокую вероятность потери в ряду поколений единичной мутации. Популяционными волнами или волнами жизни (С.С. Четвериков) называют периодические или апериодические колебания численности организмов в природных популяциях. Это явление распространяется на все виды животных и растений, а также на микроорганизмы. Причины колебаний часто имеют экологическую природу. Так, размеры популяций «жертвы» (зайца) растут при снижении давления на них со стороны популяций «хищника» (рыси, лисицы, волка). Отмечаемое в этом случае увеличение кормовых ресурсов способствует росту численности хищников, что, в свою очередь, интенсифицирует истребление жертвы. Изменение генофондов популяций происходит как на подъеме, так и на спаде популяционной волны. При росте численности организмов наблюдается слияние ранее разобщенных популяций и объединение их генофондов. Так как популяции по своему генетическому составу уникальны, в результате такого слияния возникают новые генофонды с измененными по сравнению с исходными частотами аллелей. В условиях возросшей численности интенсифицируются межпопуляционные миграции особей, что также способствует перераспределению аллелей. Рост количества организмов обычно сопровождается расширением занимаемой территории. На гребне популяционной волны некоторые группы особей выселяются за пределы ареала вида и оказываются в необычных условиях существования. В таком случае они испытывают действие новых факторов естественного отбора. Повышение концентрации особей в связи с ростом их численности усиливает внутривидовую борьбу за существование. При спаде численности наблюдается распад крупных популяций. Возникающие малочисленные популяции характеризуются измененными генофондами. В условиях массовой гибели организмов редкие мутантные аллели могут быть генофондом потеряны. При сохранении редкого аллеля его концентрация в генофонде малочисленной популяции автоматически возрастает. На спаде волны жизни часть популяций, как правило, небольших по размерам, остается за пределами обычного ареала вида. Чаще они, испытывая действие необычных условий жизни, вымирают. Реже, при благоприятном генетическом составе, такие популяции переживают период спада численности. Будучи изолированными от основной массы вида, существуя в необычной среде, они нередко являются родоначальниками новых видов. Популяционные волны — это эффективный фактор преодоления генетической инертности природных популяций. Вместе с тем их действие на генофонды не является направленным. В силу этого они, так же как и мутационный процесс, подготавливают эволюционный материал к действию других элементарных эволюционных факторов. Ограничение свободы скрещиваний (панмиксии) организмов называют изоляцией. Снижая уровень панмиксии, изоляция приводит к увеличению доли близкородственных скрещиваний. Сопутствующая этому гомозиготизация усиливает особенности генофондов популяций, которые создаются вследствие мутаций, комбинативной изменчивости, популяционных волн. Препятствуя снижению межпопуляционных генотипических различий, изоляция является необходимым условием сохранения, закрепления и распространения в популяциях генотипов повышенной жизнеспособности. В зависимости от природы факторов ограничения панмиксии различают географическую, биологическую и генетическую изоляцию. Географическая изоляция заключается в пространственном разобщении популяций благодаря особенностям ландшафта в пределах ареала вида — наличию водных преград для «сухопутных» организмов, участков суши для видов-гидробионтов, чередованию возвышенных участков и равнин. Ей способствует малоподвижный или неподвижный (у растений) образ жизни. Так, на Гавайских о-вах популяции наземных улиток занимают долины, разделенные невысокими гребнями. Сухость почвы и редколесье затрудняют преодоление этих гребней моллюсками. Выраженная, хотя и неполная, изоляция в течение многих поколений привела к ощутимым различиям фенотипов улиток из разных долин. В горах о-ва Оаху, например, один из видов улиток Achatinella mustelina представлен более чем сотней рас, выделяемых по морфологическим признакам. Пространственная изоляция может происходить и в отсутствие видимых географических барьеров. Причины ее в таком случае кроются в ограниченных «радиусах индивидуальной активности». Так, у «береговой» рыбы бельдюги Zoarces viviparus от устья у концу фьорда уменьшается число позвонков и лучей некоторых плавников. Сохранение изменчивости объясняется оседлым образом жизни бельдюги. Такая изменчивость наблюдается и у подвижных видов животных, например перелетных птиц с гнездовым консерватизмом. Молодь ласточек, например, возвращается с зимовки на место своего рождения и гнездится в радиусе до 2 км от материнского гнезда. Скрещивания у ласточек ограничиваются группой близко селящихся особей. В отличие от разделения барьерами эту разновидность географической изоляции обозначают как разделение расстоянием. Биологическая изоляция возникает вследствие внутривидовых различий организмов и имеет несколько форм. К экологической изоляции приводят особенности окраски покровов или состава пищи, размножение в разные сезоны, у паразитов — использование в качестве хозяина организмов разных видов. Так, в Молдове есть две несмешивающиеся популяции мышей —желтогорлая лесная мышь и степная. Фактором разделения их является состав пищи. Разобщение популяций способствовало выявлению и усилению особенностей фенотипа степных мышей. Они мельче и имеют иную форму черепа. В описанном примере экологическая изоляция дополняется территориальной. Сезонные расы, выделяемые по месту и времени икрометания, описаны у лососевых, осетровых, карповых рыб. Длительная экологическая изоляция способствует дивергенции популяций вплоть до образования новых видов. Так, предполагают, что человеческая и свиная аскариды, морфологически очень близкие, произошли от общего предка. Их расхождению, согласно одной из гипотез, способствовал запрет на употребление человеком в пищу свиного мяса, который по религиозным соображениям распространялся длительное время на значительные массы людей. Этологическая (поведенческая) изоляция существует благодаря особенностям ритуала ухаживания, окраски, запахов, «пения» самок и самцов из разных популяций. Так, подвиды щеглов — седоголовый Carduelis carduelis carduelis и черноголовый С. с. brevirostis — имеют выраженные отметины на голове. Серые вороны Corvus corone cornix из крымской и североукраинской популяций, внешне неразличимые, отличаются карканьем. При физической (механической) изоляции препятствием к скрещиванию являются различия в структуре органов размножения или просто разница в размерах тела. У растений такая форма изоляции возникает при приспособлении цветка к определенному виду опылителей. Описанные формы изоляции, особенно в начальный период их действия, снижают, но не исключают полностью межпопуляционные скрещивания. Генетическая (репродуктивная) изоляция создает более жесткие, иногда непреодолимые барьеры скрещиваниям. Она заключается в несовместимости гамет, гибели зигот непосредственно после оплодотворения, стерильности или малой жизнеспособности гибридов. В природных популяциях организмов, размножающихся половым способом, существует большое разнообразие генотипов и, следовательно, фенотипов. Благодаря индивидуальной изменчивости в условиях конкретной среды обитания приспособленность разных генотипов (фенотипов) различна. В эволюционном контексте приспособленность определяют как произведение жизнеспособности в данной среде, обусловливающей большую или меньшую вероятность достижения репродуктивного возраста, на репродуктивную способность особи. Различия между организмами по приспособленности, оцениваемой передачей аллелей следующему поколению, выявляются в природе с помощью естественного отбора. Главный результат отбора заключается не просто в выживании более жизнеспособных, а в относительном вкладе таких особей в генофонд дочерней популяции. Необходимой предпосылкой отбора является борьба за существование — конкуренция за пищу, жизненное пространство, партнера для спаривания. Естественный отбор происходит на всех стадиях онтогенеза организмов. На дорепродуктивных стадиях индивидуального развития, например в эмбриогенезе, преобладающим механизмом отбора служит дифференциальная (избирательная) смертность. В конечном итоге отбор обеспечивает дифференциальное (избирательное) воспроизведение (размножение) генотипов. Благодаря естественному отбору аллели (признаки), повышающие выживаемость и репродуктивную способность, накапливаются в ряду поколений, изменяя генетический состав популяций в биологически целесообразном направлении. В природных условиях естественный отбор осуществляется исключительно по фенотипу. Отбор генотипов происходит вторично через отбор фенотипов, которые отражают генетическую конституцию организмов. Как элементарный эволюционный фактор естественный отбор действует в популяциях. Популяция является полем действия, отдельные особи — объектами действия, а конкретные признаки — точками приложения отбора. Отбор особенно эффективен в отношении доминантных аллелей при условии их полного фенотипического проявления и менее эффективен в отношении рецессивных аллелей, а также в условиях неполной пенетрантности. На результат отбора влияет исходная концентрация аллеля в генофонде. При низких и высоких концентрациях отбор происходит медленно. Отбор, сохраняющий определенные фенотипы, по своему направлению является положительным, тогда как отбор, устраняющий фенотипы из популяции,— отрицательным.

66. Естественный отбор. Формы естественного отбора. Творческая роль естественного отбора в эволюции.

В зависимости от результата различают стабилизирующую, движущую и дизруптивную формы естественного отбора. Стабилизирующий отбор сохраняет в популяции средний вариант фенотипа или признака. Он устраняет из репродуктивного процесса фенотипы, уклоняющиеся от сложившейся адаптивной «нормы», приводит к преимущественному размножению типичных организмов. Так, сотрудник одного из университетов США подобрал после снегопада и сильного ветра 136 оглушенных воробьев Passer domesticus. Из них 72 выживших воробья имели крылья средней длины, тогда как 64 погибшие птицы были либо длиннокрылыми, либо короткокрылыми. Стабилизирующая форма соответствует консервативной роли естественного отбора. При относительном постоянстве условий среды благодаря этой форме сохраняются результаты предшествующих этапов эволюции. Движущий (направленный) отбор обусловливает последовательное изменение фенотипа в определенном направлении, что проявляется в сдвиге средних значений отбираемых признаков в сторону их усиления или ослабления. При смене условий обитания благодаря этой форме отбора в популяции закрепляется фенотип, более соответствующий среде. После того как новое значение признака придет в оптимальное соответствие условиям среды, движущая форма отбора сменяется стабилизирующей. Примером такого отбора является замещение в популяции гавани Плимут (Англия) крабов Carcinus maenas с широким головогрудным щитком животными с узким щитком в связи с увеличением количества ила. Дизруптивный (разрывающий) отбор сохраняет несколько разных фенотипов с равной приспособленностью. Он действует против особей со средним или промежуточным значением признаков. Так, в зависимости от преобладающего цвета почвы улитки Cepaea nemoralis имеют раковины коричневой, желтой, розовой окраски. Дизруптивная форма отбора «разрывает» популяцию по определенному признаку на несколько групп. Она поддерживает в популяции состояние генетического полиморфизма. В зависимости от формы отбор сокращает масштабы изменчивости, создает новую или сохраняет прежнюю картину разнообразия. Как и другие элементарные эволюционные факторы, естественный отбор вызывает изменения соотношений аллелей в генофондах популяций. Особенность его действия состоит в том, что эти изменения направленны. Отбор приводит генофонды в соответствие с критерием приспособленности. Он осуществляет обратную связь между изменениями генофонда и условиями обитания, накладывает на эти изменения печать биологической целесообразности (полезности). Естественный отбор действует совместно с другими эволюционными факторами. Поддерживая генотипическое разнообразие особей в ряду поколений, мутационный процесс, а также популяционные волны, комбинативная изменчивость создают для него необходимый материал. Естественный отбор нельзя рассматривать как «сито», сортирующее генотипы по приспособленности. В эволюции ему принадлежит творческая роль. Исключая из размножения генотипы с малой приспособительной ценностью, сохраняя благоприятные генные комбинации разного масштаба, он преобразует картину генотипической изменчивости, складывающуюся первоначально под действием случайных факторов, в биологически целесообразном направлении. Результатом творческой роли отбора является процесс органической эволюции, идущей в целом по линии прогрессивного усложнения морфофизиологической организации (арогенез), а в отдельных ветвях — пути специализации (аллогенез).

67. Понятие о биологическом виде. Реальность биологического вида. Структура вида.

Понятие введено Рэем. Это группа особей, имеющих общее происхождение, занимающих одну территорию, имеющих сходство морфологических, функциональных, генетических, поведенческих признаков, скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Основной критерий биологической классификации. Критерии: репродуктивная изоляция, морфологический, физиологический, биохимический, этологический, экологический, географический. При расселении на занимаемой территории вид распадается на более мелкие группы, которые относительно изолированы друг от друга. Эти группы называются популяциями. Это группа особей одного вида, имеющих общей генофонд, свободных к свободному скрещиванию, длительно населяющих одну территорию и относительно изолированных от других особей вида. Генофонд – совокупность генов популяции. Между популяциями вида идет обмен генов. Сумма генофондов популяций представляет собой генофонд вида. Особи популяции характеризуются генетическим полиморфизмом: в их состав входят доминантные гомозиготы, гомозиготы рецессивные и гетерозиготы. Он является следствием панмиксии. По количеству особей популяции бывают большие и маленькие. Демы и изоляты – это субпопуляции человека. В демах около 1,5 – 4 тысяч, внутригрупповые браки – 80-90%, приток из других групп – 1-2%. Это относительно кратковременные и нестойкие объединения особей. Изоляты еще меньше. Популяции характеризуются демографическими показателями: рождаемостью и смертностью, возрастной структурой, родом занятий, экономическим положением общества, экологическим состоянием среды. Популяции человека имеют возрастающую численность, в них снижено действие генетического отбора.

68. Популяционная структура вида. Генетическая структура популяции. Правило Харди-Вайнберга: содержание и математическое выражение.

При расселении на занимаемой территории вид распадается на более мелкие группы, которые относительно изолированы друг от друга. Эти группы называются популяциями. Это группа особей одного вида, имеющих общей генофонд, свободных к свободному скрещиванию, длительно населяющих одну территорию и относительно изолированных от других особей вида. Генофонд – совокупность генов популяции. Между популяциями вида идет обмен генов. Сумма генофондов популяций представляет собой генофонд вида. Особи популяции характеризуются генетическим полиморфизмом: в их состав входят доминантные гомозиготы, гомозиготы рецессивные и гетерозиготы. Он является следствием панмиксии. По количеству особей популяции бывают большие и маленькие. Демы и изоляты – это субпопуляции человека. В демах около 1,5 – 4 тысяч, внутригрупповые браки – 80-90%, приток из других групп – 1-2%. Это относительно кратковременные и нестойкие объединения особей. Изоляты еще меньше. Популяции характеризуются демографическими показателями: рождаемостью и смертностью, возрастной структурой, родом занятий, экономическим положением общества, экологическим состоянием среды. Популяции человека имеют возрастающую численность, в них снижено действие генетического отбора. Генетическая структура популяции – соотношение в популяциях различных генов и аллелей. Она определяется богатством генофонда популяции (совокупность генов всех особей популяции). Генофонд включает в себя общие видовые свойства, а также особенности, возникшие в порядке приспособления популяции к определенным условиям среды. Гетерозиготность по множеству признаков (Аа) в отличие от гомозиготности (АА и аа) определяет сложность генофонда и его способность долгое время удерживать мутации. При этом внешне (фенотипически) популяция остается однородной. Соотношение гомозигот и гетерозигот в популяциях, не подверженных давлению отбора, рассчитывается по правилу Харди-Вайнберга:(p + q)2 = p2 + 2pq + q2;где p – частота доминантного аллеля; q – частота рецессивного аллеля. Однако в природе нет популяций, на которые бы не действовали внешние и внутренние дестабилизирующие факторы. Изменяют генетическую структуру популяции: 1) мутации – источник возникновения новых аллелей; 2) неравная жизнеспособность особей; 3) неслучайное скрещивание; 4) дрейф генов (например, при вспышке заболеваний); 5) миграции (приток новых и отток имеющихся генов).

69. Популяционная структура человечества. Демы. Изолиты. Люди как объект действия эволюционных факторов.

Популяция человека – группа людей, занимающих одну территорию и свободно вступающих в брак. Демографическая структура: размер; рождаемость; смертность; возрастная структура популяции; род занятий; экономическое состояние; географические и климатические условия – генетическая структура популяции; система браков; факторы, изменяющие частоты генов; частоты генов и генотипов; коэффициент инбридинга. Вид Homo Sapience – крупная эволюционная единица. Есть группы людей с генетическими различиями. Эти группы можно считать популяциями. Надо знать, где границы популяции, для определения наибольшее значение имеет система браков. Чисто панмиксных популяций не существует. В популяциях в результате действия эволюционных факторов насчитывается разное количество людей: 1,5–4 тысячи – дем («народ»)1-2% лиц из других популяций; 80-90% внутригрупповых браков; 20% - прирост населения за 25 лет; Менее 1,5 тысяч – изолят. 1% лиц, пришедших из других популяций; 90% внутригрупповых браков; 20% - прирост  населения за 25 лет. Если изолят существует более 100 лет, то все члены изолята  - троюродные братья и сестры. Выделяют 3 группы изолятов: религиозные изоляты (распространены были в Средние века и Новое время), секты; палеолитические изоляты – существуют на островах, в Сибири; географические изоляты. Отделены от других селений различными преградами (водными, лесными и другими). Существенно изменяется популяционная структура человечества, т.к. происходит миграция населения, нарушение изолятов, изменяется система браков (классовые, религиозные, расовые запреты постепенно исчезают), растет численность людей (более 7 миллиардов) за счет людей пострепродуктивного возраста, количество людей репродуктивного возраста постепенно снижается, происходит старение популяции. Величина близкородственных браков сохраняется и составляет примерно 3% в популяции. Для эволюции система браков значения не имеет, т.к. эволюция подразумевает появление нового гена. Факторы, повышающие изменчивость: мутационный процесс;рекомбинации;поток генов. Не влияют на изменчивость: отбор; дрейф генов. Генные мутации появляются с определенной, характерной для генных мутаций частотой. 1 локус мутирует с частотой 1 на 100000 половых клеток. Генная мутация – обычное явление, с увеличением возраста родителей быстро возрастает частота мутаций, проявляется генетический груз. Поток генов – перенос генов из одной популяции в другую не изменяет частоту аллелей в популяции, но сильно изменяет частоты генов в малых популяциях (старожилы +приезжие). В США потомство смешанного брака принято относить к негритянскому населению. За 300 лет в США выросло 10-12 поколений негров. Когда 2 человеческие популяции оказываются в близком контакте, они не сразу превращаются в панмиксную популяцию. Сначала они изолированы друг от друга, что препятствует потоку генов. В настоящее время у негров США 30% генов белых людей, у бразильских негров – 40%. В обратную сторону процесс идет гораздо медленнее. В настоящее время считают, что поток генов  и мутационный процесс – главные источники разнообразия людей больших человеческих популяций. Некоторые генетики предполагают, что через 75 поколений (примерно 2000 лет) наступит полное генетическое равновесие. Естественный отбор формирует генотипы организмов, таким образом, что фенотип оказывается приспособлен к окружающей среде. Гены, дающие преимущество, распространяются в популяции благодаря естественному отбору и становятся обычными. В человеческой популяции появляются люди, имеющие преимущества, т.к. у них есть новый ген. Трудность выявления из-за большой продолжительности жизни человека и медленной репродукции. Тяжело обнаружить ген, хотя частота генов изменяется, (люди становятся выше, меняется форма неба, форма головы), однако, такие изменения обычно протекают из-за изменений в нескольких генах. Естественный отбор в человеческой популяции существует и он очень значителен. 10-15% беременностей заканчиваются спонтанным абортом в возрасте 2-6 месяцев. 3% - рождение мертвого ребенка; 2% - детей погибает в новорожденный период; 3% - не доживает до половой зрелости; 20%  - не вступают в брак; 10% -  остаются бездетными. Естественный отбор очень велик. В развитых странах снижается детская смертность. В Средние века в Пруссии 50% не доживали до 20 лет. Вирусные и инфекционные заболевания были факторами естественного отбора. Отбор против гетерозигот хорошо виден на примере резус-отрицательных людях. Если резус-фактор матери отрицателен, а отца положителен – происходит эритробластоз плода. Гетерозиготы плохо приспособлены. В популяции происходит гомозиготизация населения. В популяции существует естественный отбор и в пользу гетерозигот. Например, существуют несколько видов гемоглобина. Hb A, Hb S. Они дадут 3 генотипа: Hb A Hb A Hb A Hb S Hb S  Hb S – серповидно-клеточная анемия. В результате точковой мутации гемоглобин теряет растворимость, эритроцит приобретает форму серпа, развивается анемия и весьма вероятен летальный исход (большинство людей не доживают до половой зрелости). Однако в некоторых районах неблагоприятных по малярии было замечено, что гетерозиготы не болеют этим заболеванием и не умирают от нее. В нормальных условиях более приспособлены Hb A Hb A, на равнинах наблюдается гипоксия людей с Hb A Hb S. В неблагоприятных условиях приспособительная способность Hb A Hb A менее 1. Дрейф генов. В тихом океане стоял атолл Пенгелан. В 1927 году там жили 1000 человек, после эпидемии брюшного тифа, завезенного исследователями, осталось лишь 30 человек. В 2005 году – уже 2000 жителей. У 5% жителей наблюдается цветовая слепота (ахромотоксия), аутосомно-рецессивное заболевание. Вывод: 1 человек из 20 имел этот ген – эффект родоначальника. В Финляндии некоторые аутосомно-рецессивные заболевания (например, нефротический синдром) встречаются чаще, чем в других частях планеты. Финляндия представляет собой огромный изолят из-за большого количества озер и прочих преград, что приводит к усилению частоты встречаемости редких заболеваний. В Туркмении живет племя,  в 1850 году оно насчитывало 1000 человек. На 2005 год – 20000. они страдают от своеобразного ожирения и врожденной катаракты. Дети рождаются с весом более 5 килограммов, к 5 месяцам достигают 15 килограммов. Все эти люди изначально произошли из 4 семей. В США хорея Генингтона была завезена 3 мя англичанами. В настоящее время больны 7000 людей – проявился эффект родоначальника. В Юго-западной части Тихого океана есть королевство Тонга. Все жители произошли от одной семьи. Люди страдают от сахарного диабета и ожирения. Побережье Югославии и остров Млет – специфический кератоз (аутосомно-рецессивное заболевание). Ладони, стопы имеют уплотнения. Высок процент близкородственных браков.

70. Влияние мутационного процесса, миграции, изоляции и дрейфа генов на генетическую конституцию людей. Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях.

В основе мутаций лежат наследуемые изменения генетического материала. В результате мутации возникает мутантная аллель гена или мутантная хромосома, обусловливающие появление мутантного признака. Мутации могут возникнуть в любой момент, но их появление более вероятно в делящейся, а не в покоящейся клетке (например, при гаметогенезе, во время мейоза). В генетическом отношении важны те мутации, которые возникают при гаметогенезе и наследуются особями потомства. Частота мутации для единичного локуса составляет в среднем 1:100000 половых клеток, однако у человека в целом, генотип которого насчитывает до 120000 (а возможно, и более) генов, мутация вовсе не редкое явление. Мутагенами по отношению к человеку выступают не только естественные факторы (ультрафиолетовое излучение, температура, ионизирующее излучение, определённая химическая среда), но и факторы, производные научно-технического прогресса (рентгеновские излучения и другие физические факторы, синтетические смолы и другие химические вещества). На частоту мутаций у человека оказывает влияние возраст: вероятность рождения ребёнка, страдающего ахондропластической карликовостью, у пожилых супругов выше, чем у молодых. Некоторые гены Х-хромосомы мутируют в мужском организме чаще, чем в женском. Генотип человека - это высокоинтегрированная система взаимодействующих генов (а также составляющих их элементов), и случайные изменения в её составе влияют на неё чаще всего отрицательно. Поэтому большинство мутантных генов оказываются вредными для человека. В небольших популяциях людей мутантные гены могут сохраняться (фиксироваться) или утрачиваться случайным образом. В них хорошо выражен дрейф генов - изменение частоты генов в популяции в ряду поколений под действием чисто случайных (стохастических) факторов. На дрейф генов влияют такие факторы, как число индивидуумов, способных оставить потомство, и вариабельность в размере семьи. Структура популяции человека в прошлом создавала идеальные условия для дрейфа генов. Так, численность сообществ человека палеолита, очевидно, не превышала нескольких сот индивидуумов, именно такова численность сообществ современных охотников и собирателей - аборигенов Австралии. В настоящее время общепризнанным является тот факт, что различия в частоте некоторых групп крови между близкими поселениями людей в отдалённых уголках земного шара возникли вследствие дрейфа генов: частоты генов в существующих в США небольших религиозных изолятах немецкого происхождения отличаются от соответствующих частот в исходной популяции в Германии и в соседних популяциях в США. Обобщённым примером влияния дрейфа генов на частоту аллелей является «эффект родоначальника». Он возникает, когда несколько семей выселяются на новую территорию и поддерживают высокий уровень брачной изоляции, порвав практически все связи с родительской популяцией. В этом случае в генофонде переселенцев из-за неболыiой численности особей случайно закрепляются одни аллели и элиминируются другие. Так, среди кишлаков и других поселений Памира в одних популяциях резус-отрицательные индивидуумы составляют до 15%, а в других (таких большинство) - только 3-5%. Последний показатель для населения Памира в целом в 2-3 раза ниже, чем для населения Европы. Последствиями дрейфа генов, очевидно, является неравномерное распределение некоторых наследственных заболеваний по группам населения земного шара. Так, высокая частота церебромакулярной дегенерации отмечена в Квебеке (Канада) и Ньюфаундленде; алкаптонурии - в Чехословакии; детского цестиноза - во Франции; адреногенитального синдрома - у эскимосов. Существенное влияние на генофонды популяций людей оказывал фактор изоляции. Длительным проживанием в состоянии относительной географической и культурной изоляции объясняют, например, некоторые антропологические особенности представителей малых народностей: своеобразный рельеф ушной раковины бушменов, большую ширину нижнечелюстного диаметра коряков и ительменов, исключительное развитие бороды у айнов. Сохранению высокого уровня генетической изоляции двух популяций (изолятов), существующих на одной территории, способствуют отличия по физическим признакам или образу жизни. Однако такие барьеры в последнее время исчезают, о чём свидетельствует, например, тот факт, что доля генов от белых людей возросла в настоящее время у американских негров до 25%, а у бразильских негров - до 40%.Термин «популяция» (или сообщество людей) используется в генетике и биологии человека для характеристики относительно стабильных и сравнительно изолированных групп людей. Популяция - это группа людей, занимающих определённую территорию и свободно вступающих в брак. Обычно под популяцией понимают как население города, района, так и определённой местности, используя этот термин в экологическом или географическом контекстах. Для характеристики популяции важным является определение её как репродуктивного сообщества людей, обладающих общим генетическим фондом. Поэтому в формировании популяции людей главную роль играет не общность территории, а родственные связи между особями популяции. Демографическими показателями популяции людей служат размер, уровень рождаемости и смертности, возрастная структура, экономическое состояние, уклад жизни и т.п. В популяции часто образуются более мелкие группировки людей,изолированных с точки зрения размножения (лишённых возможности свободно заключать брачные союзы в пределах популяции). Изолирующими факторами могут выступать географические (большое расстояние или препятствие к передвижению), но чаще всего факторы социального или религиозного порядка. При этом жители даже одного небольшого района могут часто образовывать ряд совершенно изолированных групп людей (изолятов) численностью до 1500 человек, но чаще всего численностью в несколько десятков особей. Закрепляющиеся гены имеют тенденцию ограничиваться именно этой группой (частота внутригрупповых браков в изолятах превышает 90%). Члены изолятов через 4 поколения (примерно через 100 лет) являются уже по крайней мере троюродными сибсами. Популяции людей численностью от 1500 до 4000 человек называют демами. Частота внутригрупповых браков в демах составляет 80-90%. В ранние периоды истории человечества расстояния и другие географические особенности служили наиболее устойчивыми барьерами на пути к смешению демов и изолятов, в чём кроется одна из причин широкой географической вариабельности человека как вида.Строгой панмиксии в популяциях людей не существует: предпочтения в выборе брачного партнёра и социальные факторы препятствуют подлинно случайному заключению браков. Тем не менее существуют гены (например, определяющие группы крови), которые обычно редко принимаются во внимание при подборе брачных пар и распределяются среди жителей популяции так, как если бы подбор брачных пар происходил более или менее случайно. Общая структура популяций человека - это структура, типичная для небольших долго существовавших изолятов, которая время от времени нарушалась в связи с миграциями, вторжением или смешением особей. Однако в настоящее время в связи с развитием транспорта круг возможных браков значительно расширился, замкнутость изолятов нарушается во всех частях Земли и, по-видимому, навсегда. Есть основания полагать, что широко распространённое в Европе увеличение роста, начавшееся в XX веке, частично связано с разрушением изолятов и уменьшением доли близкородственных браков (степени инбридинга).

71. Генетический полиморфизм человечества: масштабы, факторы формирования. Медико-биологические и социальные аспекты генетического многообразия человечества.

72. Микро- и макроэволюция. Характеристика механизмов и основных результатов.

73. Филогенез нервной системы.

Нервная система хордовых животных, как и у всех многоклеточных, развивается из эктодермы. Она возникла за счет погружения чувствительных клеток, первоначально лежавших на поверхности тела, под его покровы. Это доказывается и сравнительно-анатомическими, и эмбриологическими данными. Действительно, у наиболее примитивного представителя хордовых — ланцетника — центральная нервная система, состоящая из нервной трубки, сохранила функции органа чувств: среди клеток, лежащих внутри нее, имеются отдельные светочувствительные образования — глазки Гессе. Кроме того, основные дистантные органы чувств — зрения, обоняния и слуха — образуются у всех позвоночных первоначально как выпячивания передней части нервной трубки. В эмбриогенезе нервная система формируется вначале всегда в виде полосы утолщенной эктодермы на спинной стороне зародыша, которая впячивается под покровы и замыкается в трубку с полостью внутри — невроцелем. У ланцетника это замыкание еще не полное, поэтому нервная трубка выглядит как желобок. Передний конец ее расширен. Он гомологичен головному мозгу позвоночных. Большинство клеток нервной трубки ланцетника не являются нервными, они выполняют опорные или рецепторные функции. У всех позвоночных центральная нервная система является производной нервной трубки, передний конец которой становится головным мозгом, а задний — спинным. Образование головного мозга называют кефализацией. Она связана с усилением двигательной активности позвоночных и необходимостью постоянного анализа раздражении, приходящих из внешней среды, в первую очередь с переднего конца тела. Этот процесс сопровождается также дифференциацией органов чувств, особенно дистантных — обоняния, зрения и слуха. Совместная эволюция органов чувств и головного мозга приводит к возникновению динамических координации между обонятельными рецепторами и передним мозгом, зрительными — и средним, слуховыми — и задним. Видимо, поэтому головной мозг всех современных позвоночных животных в эмбриогенезе закладывается вначале из трех мозговых пузырей — переднего, среднего и заднего — и только позже дифференцируется на пять отделов. Вероятно, предки позвоночных имели более простой головной мозг, развивающийся на основе трех мозговых пузырей.

Головной мозг современных взрослых позвоночных всегда состоит из пяти отделов: переднего, промежуточного, среднего, заднего и продолговатого. Внутри головного и спинного мозга расположена общая полость, соответствующая невроцелю. В спинном мозге это спинномозговой канал, а в головном — желудочки мозга. Ткань мозга состоит из серого вещества (скопления нервных клеток) и белого (отростков нервных клеток).

Во всех отделах головного мозга различают мантию, располагающуюся над желудочками, и основание, лежащее под ними. В прогрессивной эволюции головного мозга проявляется постепенное усиление роли его передних отделов и мантии по сравнению с задними и основанием. У рыб головной мозг в целом невелик. Слабо развит его передний отдел. Передний мозг не разделен на полушария. Крыша его тонкая, состоит только из эпителиальных клеток и не содержит нервной ткани. Основание переднего мозга включает полосатые тела, от него отходят обонятельные доли. Функционально передний мозг является высшим обонятельным центром. В промежуточном мозге, с которым связаны эпифиз и гипофиз, расположен гипоталамус, являющийся центральным органом эндокринной системы. Средний мозг рыб наиболее развит. Он состоит из двух полушарий и служит высшим зрительным центром. Кроме того, он представляет собой высший интегрирующий отдел головного мозга. Задний мозг содержит мозжечок, осуществляющий регуляцию координации движений. Он развит очень хорошо в связи с перемещением рыб в трехмерном пространстве. Продолговатый мозг обеспечивает связь высших отделов головного мозга со спинным и содержит центры дыхания и кровообращения. Головной мозг такого типа, в котором высшим центром интеграции функций является средний мозг, называют ихтиопсидным. У земноводных головной мозг также ихтиопсидный. Однако передний мозг их имеет большие размеры и разделен на полушария. Крыша его состоит из нервных клеток, отростки которых располагаются на поверхности. Как и у рыб, больших размеров достигает средний мозг, также представляющий собой высший интегрирующий центр и центр зрения. Мозжечок несколько редуцирован в связи с примитивным характером движений. Условия наземного существования пресмыкающихся требуют болеесложной морфофункциональной организации мозга. Передний мозг — наиболее крупный отдел по сравнению с остальными. В нем особенно развиты полосатые тела. К ним переходят функции высшего интегративного центра. На поверхности крыши впервые появляются островки коры очень примитивного строения, ее называют древней — archicortex. Средний мозг теряет значение ведущего отдела, и относительные размеры его сокращаются. Мозжечок сильно развит благодаря сложности и многообразию движений пресмыкающихся. Головной мозг такого типа, в котором ведущий отдел представлен полосатыми телами переднего мозга, называют зауропсидным. У млекопитающих — маммалийный тип мозга. Для него характерно сильное развитие переднего мозга за счет коры, которая развивается на основе небольшого островка коры пресмыкающихся и становится интегрирующим центром мозга. В ней располагаются высшие центры зрительного, слухового, осязательного, двигательного анализаторов, а также центры высшей нервной деятельности. Кора имеет очень сложное строение и называется новой корой — neocortex. В ней располагаются не только тела нейронов, но и ассоциативные волокна, соединяющие разные ее участки. Характерным является также наличие комиссуры между обоими полушариями, в которой располагаются волокна, связывающие их воедино. Промежуточный мозг, как и у других классов, включает гипоталамус, гипофиз и эпифиз. В среднем мозге располагается четверохолмие в виде четырех бугров. Два передних связаны со зрительным анализатором, два задних—со слуховым. Очень хорошо развит мозжечок. По мере усиления функций передних отделов головного мозга в филогенезе спинного мозга наблюдается его продольная дифференцировка с образованием утолщений в области отхождения крупных нервов к конечностям и редукция его заднего конца. Так, у рыб спинной мозг равномерно тянется вдоль всего тела. Начиная от земноводных происходит его укорочение сзади. У млекопитающих на заднем конце спинного мозга остается рудимент в виде конечной нити — filum terminale. Нервы, идущие к заднему концу тела, проходят по позвоночному каналу самостоятельно, образуя так называемый конский хвост — cauda equina. Основные этапы эволюции центральной нервной системы отражаются и в онтогенезе человека. На стадии нейруляции закладывается нервная пластинка, превращающаяся в желобок и затем в трубку. Передний конец трубки образует сначала три мозговых пузыря: передний (I), средний (II) и задний (III). Вслед за этим передний пузырь подразделяется на два, дифференцирующихся на передний (7) и промежуточный (2) мозг — telencephalon, diencephalon. Средний мозговой пузырь развивается в средний (3) мозг — mesencephalon, a задний — в задний (4) мозг — metencephalon — и продолговатый (5) мозг — medulla oblongata. Задний конец спинного мозга редуцируется, превращаясь в терминальную нить. Позже скорости роста спинного мозга и позвоночника оказываются разными, и к моменту рождения конец спинного мозга оказывается на уровне третьего, а у взрослого человека — уже на уровне первого поясничного позвонка. Головной мозг рано начинает развиваться по пути, характерному для млекопитающих и человека. Первично почти прямая нервная трубка резко изгибается в области будущего продолговатого и среднего мозга. На этом фоне большие полушария переднего мозга растут с особенно большой скоростью. В результате головной мозг оказывается расположенным над лицевым черепом. Дифференцировка коры приводит к развитию извилин, борозд и формированию высших сенсорных и двигательных центров, в том числе центров письменной и устной речи и др., характерных только для человека

74. Филогенез кровеносной системы.

Кровеносная система имеет мезодермальное происхождение. Кровеносная система и циркулирующая в ней кровь выполняют следующие функции: дыхательную – перенос от органов дыхания к тканям кислорода и обратно – углекислого газа; трофическую – перенос питательных веществ от пищеварительной системы к тканям; выделительную – перенос конечных продуктов диссимиляции к органам выделения; регуляторную – перенос гормонов и других биологически активных веществ к тканям; защитную, связанную со способностью лейкоцитов к фагоцитозу и образованию антител и способностью крови к свертыванию; терморегуляторную, связанную с теплоемкостью и теплопроводностью крови и регуляцией тока крови через капилляры кожи; гомеостатическую, связанную со способностью крови поддерживать постоянство внутренней среды. Основные направления эволюции. 1. Закладка и дифференцировка сердца (от 2-х к 4-х камерному). 2. Развитие второго (малого)круга кровообращения и полное разделение артериальной и венозной крови. 3. Преобразование жаберных артерий (артериальных дуг) и дифференцировка сосудов. У ланцетника один круг кровообращения. По брюшной аорте венозная кровь поступает в приносящие жаберные артерии, число которых соответствуют числу межжаберных перегородок (до 150 пар), где и обогащается кислородом. По выносящим жаберным артериям кровь поступает в корни спинной аорты, расположенные симметрично с двух сторон тела. Передние ветви этих двух сосудов являются сонными артериями. На уровне заднего конца глотки задние ветви образуют спинную аорту, которая разветвляется на многочисленные артерии, направляющиеся к органам и распадающиеся на капилляры. После газообмена венозная кровь собирается в парные передние и задние кардинальные вены, расположенные симметрично. Передняя и задняя кардинальные вены с каждой стороны сливаются в кювьеровы протоки. Кювьеровы протоки впадают в брюшную аорту. В области печеночного выступа образуется воротная система, кровь из которой по печеночной вене поступает в брюшную аорту. У рыб один круг кровообращения. Из задней части брюшной аорты развивается сердце. Оно расположено под нижней челюстью и состоит из двух камер (предсердия и желудочка) и содержит венозную кровь. К предсердию примыкает венозный синус, от желудочка отходит артериальный конус, который переходит в брюшную аорту. Во время эмбриогенеза закладываются 5-7 пар жаберных артерий, затем 1, 2 и 7-я – редуцируются, а 3-6 пары остаются функционировать. В связи с появлением легких у амфибий развивается второй круг кровообращения. Сердце расположено рядом с легкими и состоит из двух предсердий и одного желудочка. К правому предсердию примыкает венозный синус, от желудочка отходит артериальный конус. Оба предсердия открываются одним общим отверстием: в желудочек из правого предсердия поступает венозная кровь, из левого – артериальная. В правой части желудочка кровь венозная, в центре – смешанная, в левой части желудочка – артериальная. Кровь через артериальный конус распределяется по трем парам сосудов: венозная кровь по кожно-легочным артериям идет к коже и легким; смешанная кровь – по дугам аорты ко всем органам и тканям и артериальная кровь – по сонным артериям – к головному мозгу. Это обеспечивается особенностями строения стенки желудочка, артериального _{конуса и спиральным клапаном.} У рептилий сердце состоит из 3 камер, в желудочке появляется неполная перегородка. Атрофируется артериальный конус, и сосуды двух кругов кровообращения имеют самостоятельный выход. В сердце 3 типа крови: венозная, смешанная и артериальная. От правой половины желудочка отходит легочная артерия, которая несет венозную кровь к легким. От левой половины – правая дуга аорты, которая несет артериальную кровь. От этой дуги отходят сонные и подключичные артерии, поэтому головной мозг и передние конечности снабжаются артериальной кровью. От середины желудочка отходит левая дуга аорты, которая несет смешанную кровь. Позади сердца две дуги аорты соединяются в один сосуд и несут ко всем органам смешанную кровь. Закладываются 6 пар жаберных артерий. Они преобразуются в те же сосуды, что и у земноводных (6 пара – в легочные артерии). У млекопитающих наблюдается полное разделение сердца на правую и левую половину, полное разделение крови на артериальную и венозную. Правая половина сердца содержит только венозную кровь, левая – только артериальную кровь. Малый круг кровообращения начинается от правого желудочка легочными артериями и заканчивается в левом предсердии легочными венами. Большой круг начинается от левого желудочка левой дугой аорты и заканчивается в правом предсердии полыми венами. Закладываются 6 пар жаберных артерий, затем 1-я и 2-я пары редуцируются; 3-я дает сонные артерии; 4-я правая редуцируется, а левая преобразуется в левую дугу аорты; 5-я – редуцируется; 6-я дает легочные артерии. Пороки, обусловленные филогенетически: дефект межжелудочковой перегородки (ДМЖП), незаращение артериального (боталлова) протока, нарушение развития аортолегочной перегородки (неполное разделение артериального ствола на аорту и легочный ствол, которое должно произойти на 6-ойнедели), транспозиция сосудов (в результате нарушения дифференцировки артериального конуса), правая дуга аорты, сохранение двух дуг аорты, нарушение места расположения сердца.

75. Филогенез мочевыделительной и половой систем. Выделительная и половая системы в целом выполняют разные функции. Однако их рассматривают в едином комплексе в связи с единством эмбрионального развития и первичной функциональной связью со вторичной полостью тела — целбмом. В эмбриогенезе закладка мочеполовой системы — нефрогонотом — формируется в области ножки сомита в непосредственном контакте с целомом. Половые железы у всех хордовых животных располагаются в целоме. Продукты диссимиляции у всех целоми-ческих животных, в том числе и низших хордовых, также поступают в целом. Наиболее простой путь выведения во внешнюю среду как половых клеток, так и продуктов диссимиляции — через общий канал, начинающийся воронкой в целоме и заканчивающийся выделительной порой на покровах. Таковы взаимоотношения половых желез и выделительных каналов у многих беспозвоночных и, вероятно, у древних предков хордовых. Органами выделения позвоночных являются почки — парные компактные органы, структурная единица которых представлена нефроном. В наиболее примитивном виде это — воронка, открывающаяся в целом и соединенная с выделительным канальцем, который впадает в общий выводной проток — мочеточник. В филогенезе позвоночных почка прошла три этапа эволюции: предпочка — головная, или пронефрос; первичная почка—туловищная, или мезонефрос, и вторичная почка - тазовая, или метанефрос. Предпочка полностью развивается и функционирует как самостоятельный орган у личинок рыб и земноводных. Она находится на переднем конце тела, состоит из 2—12 нефронов, воронки которых открыты в целом, а выводные канальцы впадают в пронефрический канал, который соединен с клоакой. Предпочка имеет сегментарное строение. Продукты диссимиляции фильтруются в целом из кровеносных сосудов, которые поблизости от нефронов формиру У взрослых рыб и земноводных кзади от предпочек, в туловищных сегментах тела, формируются первичные почки, содержащие до нескольких сотен нефронов. В ходе онтогенеза нефроны увеличиваются в количестве за счет их почкования друг от друга с последующей дифференцировкой. Они вступают в связь с кровеносной системой, формируя капсулы почечных клубочков. Капсулы имеют вид двустенных чаш, в которых располагаются сосудистые клубочки, благодаря чему продукты диссимиляции могут поступать из крови непосредственно в нефрон. Некоторые нефроны первичной почки сохраняют связь с целомом через воронки, другие — утрачивают её. Выделительные канальцы удлиняются и в них осуществляется обратное всасывание в кровь воды, глюкозы и других веществ, в связи с чем концентрация продуктов диссимиляции в моче повышается. Однако воды с мочой теряется много, поэтому животные, обладающие такой почкой, могут обитать только в водной или влажной среде. Первичная почка сохраняет признаки метамерного строения. У пресмыкающихся и млекопитающих возникают вторичные почки. Они закладываются в тазовом отделе тела и содержат сотни тысяч нефронов наиболее совершенного строения. У новорожденного ребенка в почке их насчитывается около 1 млн. Они образуются за счет многократного ветвления развивающихся нефронов. Нефроны не имеют воронки и, таким образом, теряют полностью связь с целомом. Канадец нефрона удлиняется, теснее контактирует с кровеносной системой, а у млекопитающих дифференцируется на проксимальный и дистальный участки, между которыми появляется еще и так называемая петля Генле. Такое строение нефрона обеспечивает не только полноценную фильтрацию плазмы крови в капсуле, но и, что более важно, эффективное обратное всасывание в кровь воды, глюкозы, гормонов, солей и других необходимых организму веществ. В результате концентрация продуктов диссимиляции в моче, выделяемой вторичными почками, велика, а само ее количество — мало. У человека, например, за сутки в капсулах нефронов обеих почек фильтруется около 150 л плазмы крови, а мочи выделяется около 2 л. Это позволяет животным, обладающим вторичными почками, быть более независимыми от водной среды и заселять засушливые участки земли. У пресмыкающихся вторичные почки на протяжении всей жизни сохраняются на месте их первоначальной закладки — в тазовой области. В них прослеживаются черты первичного метамерного строения. Почки млекопитающих располагаются в поясничной области, и у большинства из них внешняя сегментация не выражена. В онтогенезе человека обнаруживается выраженная рекапитуляция в развитии почки: закладывание вначале про-, затем мезо-, а позже метанефроса. Последний развивается в тазовой области, а затем за счет различий в скоростях роста позвоночника, таза и органов брюшной полости перемещается в поясничную область. У пятинедельного зародыша можно обнаружить сосуществование предпочки, первичной, а также зачатков вторичной почки. На начальных этапах развития почка человека сегментирована. Позже ее поверхность сглаживается и метамерность сохраняется лишь во внутреннем строении в виде почечных пирамид. Пороки развития почек у человека, основанные на их филогенезе, многообразны. Сохранение мезонефроса и одностороннее отсутствие вторичной почки описаны пока только у мышей, хотя в принципе такая аномалия возможна и у человека. Относительно часто встречается сегментированная вторичная почка, имеющая один или даже несколько мочеточников; возможно и полное ее удвоение. Часто наблюдается тазовое расположение почки, связанное с нарушением ее перемещения на 2—4-м месяцах зародышевого развития формируют клубочки. оловые железы у всех позвоночных развиваются в виде парных складок части нефрогонотома в области ножки сомита. Половые складки вдаются в полость тела и оказываются подвешенными на брыжейке. Первичные половые клетки обособляются у зародышей очень рано — уже на стадии гаструляции. Вначале они обнаруживаются в составе презумптивной эктодермы головного конца эмбриона, затем попадают в энтодерму, откуда активно перемещаются в половые складки. Здесь дифференцирующийся эпителий половой железы, включающий в себя первичные половые клетки, объединяется с соединительнотканной стромой в виде шнуров. Такая гонада индифферентна в половом отношении и может развиваться в дальнейшем как в семенник, так и в яичник в зависимости от генетических и эпигенетических факторов дифференцировки пола. У хрящевых рыб строение половых желез самок и самцов в значительной степени сходно. У всех остальных позвоночных яичник всегда имеет фолликулярное строение, т.е. содержит пузырьки — фолликулы, в каждом из которых находится одна будущая яйцеклетка. При созревании яйцеклетки стенка фолликула разрывается, и она поступает вначале в брюшную полость, а затем в яйцевод. Семенники содержат семенные трубочки, которые соединены с семявыносящими каналами, по которым зрелые сперматозоиды выходят во внешнюю среду. Индифферентность развивающейся половой железы позвоночных называют первичным гермафродитизмом. Он эволюционно связан, вероятно, с гермафродитизмом древних предков позвоночных. Доказательством этого может служить наличие у наиболее примитивных современных позвоночных — круглоротых — таких половых желез, передняя часть которых является яичником, а задняя — семенником. У самок некоторых земноводных на протяжении всей жизни сохраняется рудиментарный участок индифферентной половой железы. Зародыш человека до определенного возраста имеет недифференцированные половые железы, которые в зависимости от различных факторов становятся либо семенниками, либо яичниками. Нарушение их дифференцировки может привести к возникновению ovotestis, в котором сочетаются элементы семенника и яичника. У детей, имеющих ovotestis, обнаруживаются признаки гермафродитизма и в наружных половых органах. У всех позвоночных с непостоянной температурой тела половые железы находятся в брюшной полости. У большинства млекопитающих мужские гонады перемещаются через паховой канал в мошонку, где температура всегда несколько ниже. Вероятно, пониженная температура более благоприятна для сперматогенеза, обеспечивая более низкий уровень спонтанных мутаций в созревающих сперматозоидах. У человека семенники, закладываясь в брюшной полости, перемещаются через паховой канал и к 8-му месяцу внутриутробного развития оказываются в мошонке. У 2,2 % мальчиков пубертатного возраста обнаруживаются различные формы крипторхизма — неопущения яичек, которые при этом обычно недоразвиты, а часть семявыносящих канальцев заменена соединительной тканью. Для предотвращения бесплодия таким мальчикам необходимо хирургическое низведение яичек в мошонку в раннем возрасте. В эмбриогенезе всех позвоночных при развитии предпочки вдоль тела, от головного конца к клоаке, закладывается канал, по которому продукты диссимиляции из нефронов поступают во внешнюю среду. Это пронефрический канал. При развитии первичной почки этот канал либо расщепляется на два канала, идущих параллельно, либо второй канал образуется в продольном утолщении стенки первого. Один из них — вольфов — вступает в связь с нефронами первичной почки. Другой — мюллеров — срастается передним концом с одним из нефронов предпочки и образует яйцевод, открывающийся передним концом в целом широкой воронкой, а задним — впадающий в клоаку. Вне зависимости от пола у всех позвоночных обязательно формируются как вольфов, так и мюллеров каналы, однако судьба их различна как у разных полов, так и у представителей разных классов. У самок рыб и земноводных вольфов канал всегда выполняет функцию мочеточника, а мюллеров — яйцевода. У самцов мюллеров канал редуцируется и обе функции — половую и выделительную — выполняет вольфов канал. Семенные канальцы при этом впадают в почку, а сперматозоиды при оплодотворении поступают в воду вместе с мочой. У пресмыкающихся и млекопитающих большая часть вольфова канала не принимает участия в выведении мочи и только его наиболее каудальная часть в области впадения в клоаку образует выпячивание, становящееся мочеточником вторичной почки. Сам же вольфов канал у самцов выполняет функцию семяизвергательного канала. Мюллеров канал у них подвергается редукции. У самок вольфов канал редуцируется (за исключением его каудальной части, формирующей мочеточник), а мюллеров — становится яйцеводом. У плацентарных млекопитающих мюллеров канал дифференцируется на собственно яйцевод, матку и влагалище. Будучи парным образованием, как и все элементы половой системы, мюллеров канал сохраняет парность строения у яйцекладущих и частично у сумчатых млекопитающих, у которых имеется два влагалища, две матки и два яйцевода. В дальнейшей эволюции происходит срастание мюллеровых каналов с образованием одного влагалища и матки, которая может быть либо двойной, как у многих грызунов, либо двураздельной, как у хищных; либо двурогой, как у насекомоядных и китообразных, либо простой, как у приматов и человека. Соответственно дифференцировкам мюллерова канала самок у самцов пресмыкающихся и млекопитающих развиваются копулятивные органы. У большинства пресмыкающихся, а также у сумчатых млекопитающих они парные. У плацентарных с одним влагалищем копулятивный орган непарный, но в его развитии обнаруживается срастание парных зачатков. В эмбриогенезе человека закладываются парные вольфовы и мюллеровы каналы. Позже в зависимости от пола происходит их редукция. Рудимент мюллерова канала у мужчин располагается в предстательной железе и называется мужской маточкой — utriculus masculinus. Канальцы передней части первичной почки у них вступают в связь с семенниками и преобразуются в придаток семенника — эпидидимис. У плодов женского пола возможно нарушение редукции вольфовых каналов, которые располагаются по бокам от влагалища. Эта аномалия опасна возможностью образования кист и злокачественного перерождения. Распространенными пороками развития являются также различные формы удвоения матки (1 случай на 1000 перинатальных вскрытии). Они развиваются как результат нарушения срастания мюллеровых каналов. Нарушение срастания парных зачатков полового члена в эмбриогенезе человека может привести к формированию такого порока развития, как его удвоение

76. Филогенез пищеварительной системы.

Для хордовых характерна филогенетическая эмбриональная и функциональная связь пищеварительный и дыхательной систем. Дыхательная система развивается на базе пищеварительной системы у низших хордовых, эти системы функционируют совместно. У взрослых наземных позвоночных обе системы перекрещиваются в области глотки. Обе системы закладываются у эмбриона над хордой, в виде прямой труби, которая в дальнейшем делится на три части:     * Передняя часть – stomatodeus – у рыб и амфибий служит основанием черепа. У млекопитающих объем ротовой полости увеличивается за счет складок верхней челюсти и небной кости.     * Правая и левая складки срастаются и образуют вторичное твердое небо, которое разделяет ротовую и носовую полости. Если это срастание нарушается у человека, то возникает порок развития – волчья пасть (порог имеет генетический механизм и может наследоваться)ть. стание нарушается у человека, то вознакает порок развитя - в и яхь пищеварительный и вхательной системы. ). Зубы Зубы позвоночных развиваются из плакоидной чешуи рыб, у низших позвоночных в несколько рядов.     * У рептилий все зубы одинаковые и расположены в один ряд и могут меняться несколько раз в течение жизни – это гомодонтная зубная система.     * У млекопитающих зубы дифференцируются и выполняют определенные функции (резцы, клыки, малые и большие коренные зубы), расположены в альвеолярных ячейках челюстей и меняются всего один раз – молочные зубы на постоянные – это гетеродонтная зубная система.     * У человека может встречаться редкая аномалия – гомодонтные зубы (все одинаковые).     * На дне ротовой полости имеется язык. У рыб язык лишен мышц. У наземных позвоночных язык подвижный и развивается их трех зачатков (один парный и один непарный), если они не срастаются, то это приводит к аномалии – раздвоенный язык. Глотка Глотка – выполняет дыхательную и пищеварительную функцию.     * У рыб глотка имеет 5-7 жаберных щелей, они закладываются как непарные слепые выросты глотки – жаберные мешки, им навстречу выпячиваются наружные покровы – жаберные карманы, между ними есть щели, которые закладываются и у наземных  хордовых, но прорываются они только у личинок амфибий.     * У млекопитающих и пресмыкающихся щели прорываются только при нарушении эмбриогенеза с формированием латеральных свищей и кист шеи, которые малигнизируются.     * Первая жаберная щель у наземных хордовых превращается в евстахиеву трубу, барабанную полость и наружный слуховой проход.   Кишечная трубка:     * Кишечная трубка в процессе филогенеза удлиняется и дифференцируется на отделы, увеличивается количество одноклеточных желез и появляются трубные многоклеточные железы (печень, поджелудочная железа, слюнные железы).     * У ланцетника длинна пищеварительной системы составляет ⅓ длинны тела, а у человека длина пищеварительной системы в 10 раз больше длинные тела.     * Начиная с рептилий, появляется слепая кишка с симбиотическими бактериями и простейшими, что позволяет расширить рацион питания. Пороки развития:     * Укорочение и недоразвитие любого отдела кишечника     * Недоразвитие печени и поджелудочной железы     * Свищи между трахеей и пищеводом     * Персистирование клоаки (объединение прямой кишки и мочевых путей).     * Гетеротопия – изменение места закладки – при замедленном перемещении зачатков поджелудочной железы с желудочным или кишечным положением.

77. Филогенез дыхательной системы.

Жабры – наиболее ранние специализированные ОД, появляющиеся среди хордовых у рыб. Это тонкие складки слизистой оболочки глотки, лежащие на жаберных дугах, снабжаемые венозной кровью через жаберные артерии и распадающиеся здесь на капилляры. Позади последней жаберной дуги у кистеперых рыб за счет выпячивания вентральной стороны глотки формируются парное образование – плавательный пузырь, выполняющий в 1 очередь гидростатические функции, уравновешивая тело рыбы в толще воды. Связь между ним и глоткой, имеющаяся в эмбриогенезе, не прерывается и позже. Это явилось предпосылкой преобразования плавательного пузыря в легкие. У земноводных в личиночном состоянии жабры, во взрослом – легкие. Т.к. нет грудной клетки и диафрагмы, то воздух в них попадает из ротовой полости засчет глотательных движений. Материал жаберных дуг, частично редуцируясь, входит в состав хрящей гортани, которая является первым органом, относящимся к нижним дыхательным путям. Легкие начинаются непосредственно от гортани. Крупноячеисты, имеют относительно малую дыхательную поверхность, в связи с чем газообмен осуществляется через кожные покровы. Пресмыкающиеся, вышедшие на сушу окончательно, имеют верхние и нижние дыхательные пути. Легкие мелкоячеисты, содержат внутренние перегородки, обладают большой дыхательной поверхностью. Впервые появляется диафрагма. У млекопитающих дыхательные пути выстланы мерцательным эпителием. Полностью отделены от пищеварительной системы, только перекрещиваются с ней в глотке. В эмбриогенезе человека отражается первоначальное единство ДС и ПС. На этом основано формирование большой группы врожденных пороков развития пищевода и трахеи типа эзофаготрахеальных свищей.

78. Онтофилогенетические предпосылки врожденных пороков развития систем органов у человека. Виды и значение корреляций в эволюционном становлении конкретного типа морфофизиологической организации.

Согласно современной систематике человека относят к типу Хордовых, подтипу Позвоночных, классу Млекопитающих, отряду Приматов, семейству Людей, роду Человек и виду Человек разумный. При некоторых пороках развития и заболеваниях у человека появляются признаки, которые свойственны другим систематическим категориям, близким по филогенезу (отрядам или классам типа Хордовые). Возникновение таких признаков можно объяснить следующими онтофилогенетическими механизмами: рекапитуляциями и значительно реже параллелизмами и конвергенцией. Рекапитуляции возникают в результате недостаточности или отсутствия анаболии. Причины – воздействие факторов внешней среды на генотип развивающегося организма. В результате их действия в критические периоды развития не включаются блоки генов, ответственные за развитие отдельных этапов какого-либо органа. Примерами пороков, возникших вследствие рекапитуляций являются: аномалии развития сердца (дефекты межпредсердной перегородки, трехкамерное сердце), аномалии развития сосудов (сохранение эмбриональных сосудов, двух дуг аорты), задержка развития почек, удвоение мочеточников, мозговые грыжи и др. Параллелизмы – независимое развитие сходных признаков в эволюции близкородственных групп организмов (например, у человека и родственных по происхождению животных). Они возникают 3 путями: 1) параллельное развитие признаков аномальных для человека, но нормальных для животных; например, аномалии строения матки и влагалища (двурогая матка – норма для хищников, парнокопытных; двойная матка – норма для грызунов); 2) параллельное развитие признаков аномальных для человека и животных, которые носят наследственный характер; например, расщелина верхней губы (аномалия для человека и мыши), циклопия (аномалия для человека и многих млекопитающих); 3) параллельное развитие сходных заболеваний ненаследственного ха- рактера; наприме, рак щитовидной железы (у человека и у собак), нефробластома (у человека и у поросят).Еще одним механизмом возникновения пороков развития являются конвергенции – независимое приобретение сходных признаков неродственными организмами (например, клешнеобразная кисть у человека и у рака).

79. Индивидуальное и историческое развитие. Биогенетический закон. Филогенез как процесс эволюции онтогенезов. Ценогенезы и филэмбриогенезы.

Индивидуальное развитие (онтогенез) – это совокупность процессов развития организма с момента образования зиготы и до смерти на основе реализации генетической информации в определенных условиях среды. Филогенез – это историческое развитие вида или другой биологической системы. К. Бэр в 1828 г. сформулировал 3 закона связи онто- и филогенеза: 1) закон зародышевого сходства: на ранних этапах эмбрионального развития зародыши различных животных в пределах типа сходны между собой (например, разных классов подтипа позвоночных).2) закон последовательности появления признаков различного систематического ранга: первоначально в эмбриональном развитии появляются признаки типа,затем подтипа, класса, подкласса, отряда, семейства, рода, вида и, наконец, – индивидуальные. 3) закон эмбриональной дивергенции (расхождения признаков у зародышей): в процессе эмбриогенеза, по мере приобретения признаков различного систематического ранга, у зародышей различных животных в пределах типа возникают различия. Ч. Дарвин подтвердил связь между онто- и филогенезом и создал учение о рекапитуляциях – повторении у зародышей в процессе онтогенеза признаков их предков по филогенезу. Рекапитулируют не только морфологические признаки (хорда, жаберные щели), но и особенности биохимической организации и физиологии (выделение ранними зародышами человека аммиака, позже – мочевины, затем аллантоина, а на заключительных этапах эмбриогенеза – мочевой кислоты). В 1866г. Э.Геккель сформулировал биогенетический закон онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, обусловленное свойствами наследственности и приспособляемости. Закон вошел в биологию как закон Геккеля-Мюллера, так как Мюллер раньше дал формулировку закона, однако очень сложную. Мюллер также как Геккель обратил внимание, что в процессе развития могут быть рекапитуляции, а могут отсутствовать. Геккель в связи с разными типами развития выделил тип с палингенезами и ценогенезами. Палингенезы – это повторение у зародышей признаков их предков по филогенезу(закладка жаберных щелей, хорды, первичного хрящевого черепа, двухкамерного сердца у наземных позвоночных). Ценогенез(эмбриоадаптации) –приспособительные признаки, которые возникают у зародышей и не сохраняются у взрослых организмов. Они нарушают ход исторического развития, по ним нельзя восстановить картину развития вида (развитие в эмбриогенезе у высших позвоночных амниона, хориона, аллантоиса).Дальнейшие эмбриологические исследования (А. Н. Северцов, И. И. Шмальгаузен) показали, что биогенетический закон верен лишь в общих чертах: 1 – нет ни одной стадии в развитии, на которой зародыш полностью повторял бы строение какого-либо предка по филогенезу; 2 – в онтогенезе повторяется строение не взрослых стадий предков, а их эмбрионов. Например, зародыш млекопитающих никогда целиком не повторяет строение рыбы, но на определенной стадии развития у него закладываются жаберные щели и жаберные артерии. Основное значение для объяснения связи онто- и филогенеза имеет учение А. Н. Северцова о филэмбриогенезах. Он рассматривал явление рекапитуляции с точки зрения эволюции онтогенезов. Филэмбриогенезы – это эмбриональные перестройки, которые сохраняются у взрослых форм и имеют адаптивное значение. А. Н. Северцов выделил 3 типа филэмбриогенезов: архаллаксисы–это изменения с момента закладки органа, ) девиации – уклонения с середины развития органа (например, развитие чешуи рептилий); первоначально повторяется формообразовательный процесс, характерный для предков по филогенезу, а в середине морфогенеза включаются в работу мутировавшие гены, и развитие органа идет новым путем (наблюдается частичная рекапитуляция); анаболии – надставки, дополнения в развитии органа (например, от двухкамерного к четырехкамерному сердцу); первоначально рекапитулируют все предыдущие стадии развития органа, и только в конце эмбриогенеза включаются в работу мутировавшие гены, дополняющие формообразовательный процесс дальнейшей дифференцировкой (проявляется биогенетический закон).Эволюция чаще идет путем подбора анаболий, поэтому наблюдаются рекапитуляции, сходство эмбрионов на ранних стадиях развития и усложнение организации по мере появления новых систематических групп (типа хордовых, подтипа позвоночных, высших позвоночных и, наконец, человека). В процессе онтогенеза организм развивается как единое целое по оп- ределенному плану строения. Это обусловливает согласованность развития органов и систем ,которая сложилась в процессе филогенеза. Знание филогенеза необходимо для подтверждения теории животного происхождения человека, понимания возникновения у него аномалий развития и патогенеза заболеваний, а также принятия правильного подхода к устранению аномалий и лечения заболеваний.

80. Возникновение и развитие жизни на Земле. Химический, предбиологический, биологический и социальный этапы.

81. Положение вида Homo Sapiens в системе животного мира. Качественное своеобразие человека.

Человек как биологический вид относится к отряду приматов. С биологических позиций важно ответить на вопрос: почему человек возник именно в отряде приматов, а не в другом эволюционно прогрессивном отряде млекопитающих. Ключевой адаптацией представителей отряда приматов являются древесный образ жизни и передвижение по ветвям с помощью хватательных конечностей, имеющих противопоставленный большой палец и уплощенные ногти вместо когтей. Пальцевые подушечки и внутренние поверхности кистей и стоп имеют кожные узоры в виде гребешков и бороздок, увеличивающих контакт пальцев с ветками и усиливающих их тактильную чувствительность. Локтевая кость свободно вращается вокруг лучевой. Эти особенности при освобождении рук от участия в движении являлись предпосылкой к использованию их в трудовой деятельности. Другими прогрессивными чертами приматов, связанными с энергичными перемещениями в трехмерном пространстве, являются бинокулярное зрение, сильно развитые мозжечок и кора больших полушарий головного мозга. В отличие от большинства отрядов млекопитающих приматов характеризует также выраженная социальность: жизнь небольшими стадами со сложной системой иерархии и общественным воспитанием потомства. Плодовитость приматов чрезвычайно низка — обычно рождается один детеныш, беспомощный и нуждающийся в уходе на протяжении многих лет. Характерной особенностью поведения приматов является выраженный инстинкт подражания, обеспечивающий быстрое научение и возможность передачи социального опыта в ряду поколений. Перечисленные черты отряда приматов явились необходимыми преадаптациями к возникновению человека при появлении комплекса благоприятных условий. С момента возникновения Н. sapiens социальное в человеке стало его сущностью и биологическая эволюция видоизменялась, проявляясь в возникновении широкого генетического полиморфизма. Генетическое разнообразие на уровне генов и в меньшей степени хромосом обеспечивает разнообразие генотипов особей. Разнообразные генотипы по-разному проявляются в меняющихся условиях среды, давая огромное фенотипическое многообразие людей. В основе морфофизиологического полиморфизма человечества лежат полиморфизм наследственного материала на уровне генома и модификационная изменчивость. Эти факторы обеспечивают не только индивидуальное морфофизиологическое многообразие, но и внутривидовую групповую дифференциацию человечества на расы и адаптивные экологические типы. Психика - это то, что определяет качественное своеобразие человека, его субъективность. Она проявляется в виде ощущений, восприятий, представлений, мыслей, чувств, воли и т.д. Человеческое сознание есть субъективный способ реализации объективного идеального. Разум представляет собой специфически человеческую (субъективную) способность к реализации объективного (природного) идеального, к восприятию и переработке природной информации. Развитие этой способности как приращения разумности безгранично, с чем связана специфика человека как животного вида. В понятии интеллекта подчеркивается уже не способность, а характер и способ переработки информации. Поскольку разумность является исключительно человеческим качеством, при конструировании понятия интеллекта обычно пользуются человеческими мерками. Обобщение наукой огромного фактического материала позволило развить представление о психике, выдвинуть ее новое понимание. Психика выражает не только биологические и социальные, но и общеприродные закономерности Другими словами, современное понятие психики неразрывно связано с природным началом, то есть с природным идеальным. Человек отличается от других природных объектов наличием разума, сознания, как субъективным проявлением и реализацией объективного идеального, которое в силу этого не подвержено тленности, как человеческая телесность, материальная форма. Именно это служит основой того, что идеальное начало человека воспринимается как его бессмертная душа. Представление об изначальной одухотворенности природы по аналогии с человеческим сознанием связывается со смыслом, который в той или иной форме присутствует либо в божественном промысле, либо в мире платоновских идей, либо в априорных механизмах разума, и т.п. Источник смыслов (Бог, трансцендентальное "Я" и т.п.), с которым по мере возможности устанавливается устойчивая связь, свидетельствует об идеалистическом подходе. Главная отличительная черта человеческого (естественного) интеллекта - в неразрывной связи с понятиями человеческого разума, сознания, познания. Существует точка зрения, согласно которой для определения интеллекта необходимо освободить его от гомоцентрических значений. В связи с этим интеллект представляется как свойственный всем живым организмам способ и механизм переработки природной информации, их целенаправленной реализации во взаимодействии со средой. Сознание и разум не являются конституирующими понятиями при таком понимании интеллекта, в то время как сам его перевод с латыни означает ум, рассудок, способность мыслить. аличие языка у человека и отсутствие его у животных устанавливает четкую грань между интеллектом человека и механизмом переработки информации животных, и тем более в неорганической природе. С этой точки зрения наличие интеллекта у кошки и вороны лишь количественно предпочтительней, чем "интеллект" травы и камня. Всякий издаваемый животными сигнал, наделенный коммуникативным содержанием, не требует ответа. В соответствии с этим "язык" животных в отличие от человеческого языка не ориентируется на конкретного "собеседника", не стремится достичь возможно полного понимания. Адресат "говорящего" носит всеобщий характер. Такой язык не связан с опытом, который можно было бы передавать во времени и пространстве, а именно это является определяющим признаком разумности и человеческого интеллекта. Любое положение математики, логики или любой другой науки всегда есть производное от естественного языка. Если бы человек не обладал естественным языком, он не смог бы создать никакой, даже самой простой формулы. Между машиной и человеком всегда стоит язык, через который машина не сможет переступить. Чтобы порождать новые знания, нужен язык, а своего собственного языка машина не способна создать, и, используя человеческий язык (в любой его форме), она оперирует выраженными им человеческими знаниями. Информационная природа мышления и сознания связана с межполушарной церебральной асимметрией головного мозга человека. Ей соответствуют два типа мышления и два способа переработки информации: логико-вербальный, преимущественно связанный с активностью левого полушария, и пространственно-образный, связанный с активностью правого полушария. Левополушарное мышление так организует материал, что при этом из всех бесчисленных реальных связей между предметами и явлениями активно отбираются только некоторые, наиболее существенные для упорядоченного анализа реальной действительности. Отличительной же особенностью правополушарного, пространственно-образного мышления является одномоментное "схватывание" всех имеющихся связей, что обеспечивает восприятие реальности во всем ее многообразии. Мозг, разумеется, функционирует как единое целое, интегрируя оба типа мышления как взаимодополняющие компоненты. Развитие общения, необходимость передачи сложной информации привели к тому, что имеющаяся у животных ограниченная способность к анализу трансформироваласъ у человека в мощный аппарат логико-вербального мышления со способностью к абстрагированию. Абстрактное мышление и есть субъективное "включение" в объективное идеальное. С помощью абстрактного мышления человек преодолевает ограниченность конкретного мира, данного ему в ощущениях, конструирует универсальные понятия. Логико-вербальное и образное мышление представляют собой не просто два разных способа переработки информации, но и два способа постижения мира. Обе стратегии мышления имеют познавательную направленность, связь и в единстве составляют познавательную деятельность. Развитие функциональной асимметрии полушарий головного мозга в процессе развития, обучения и воспитания свидетельствует о приращении разумности в процессе исторического развития как генеральном направлении становления человека.

82. Морфофизиологические предпосылки выхода Homo Sapiens в социальную среду. Биологическое наследие человека как один из факторов, обеспечивающих возможность социального развития.

Стадный образ жизни приматов, конечности хватательного типа, развитие мозга.

83. Понятие о расах и видовое единство человечества. Современная классификация и распространение человеческих рас. Роль факторов географической среды.

На протяжении длительного времени в антропологии господствовали представления о значимости расовой дифференцировки человечества и о большой роли естественного отбора в формировании основных расовых признаков. Применение методов молекулярной антропологии в значительной степени изменило представление о расах и расогенезе. Морфологические и в меньшей степени физиологические признаки дают возможность выделить внутри человечества три основные большие расы: европеидную, австрало-негроидную и монголоидную. Европеоиды имеют светлую или смуглую кожу, прямые или волнистые волосы, узкий выступающий нос, тонкие губы и развитый волосяной покров на лице и теле. У монголоидов кожа также может быть как светлой, так и темной, волосы обычно прямые, жесткие, темно пигментированные, косой разрез глаз и эпикант («третье веко»). Негроиды характеризуются темной кожей, курчавыми или волнистыми волосами, толстыми губами и широким, слегка выступающим носом. Имеются отличия рас и по некоторым физиологическим и биохимическим показателям: интенсивность потоотделения с единицы площади кожи у негроидов выше, чем у европеоидов, средние показатели уровня холестерина в плазме крови наиболее велики у европеоидов. В рамках каждой большой расы выделяются отдельные антропологические типы с устойчивыми комплексами признаков, называющиеся малыми расами. Существует три основных подхода к классификации рас: без учета их происхождения, с учетом происхождения и родства и на основе популяционной концепции. В соответствии с первым подходом три большие расы включают в себя 22 малые, причем между большими расами располагаются по две переходные малые. Схема расовой классификации изображается при этом в виде круга (рис. 15.7). Несмотря на то что при такой классификации не учитывается происхождение рас, само существование малых переходных рас, сочетающих в себе одновременно признаки двух больших рас (эфиопская, южносибирская, уральская и т.д.), свидетельствует, с одной стороны, о динамизме расовых комплексов признаков, а с другой — об условности членения человечества даже на большие расы. Гибридизация ДНК между большими выборками представителей малых рас в рамках одной большой показала высокую степень гомологии нуклеотидных последовательностей. Гибридизация ДНК представителей пар разных больших рас выявляет их значительную отдаленность друг от друга. Изучение гомологии нуклеотидных последовательностей западных европеоидов и представителей малой уральской расы и центрально-азиатских монголоидов с той же самой уральской расой дает среднее значение. Эти данные свидетельствуют о том, что переходные малые расы совмещают в себе не только морфологические признаки в соответствии с их промежуточным положением, но оказываются промежуточными и в отношении генетическом. Из этого следует, что они либо гибридогенны, либо сохранили в своей организации более древние черты, характерные для этапа существования человечества, предшествующего формированию больших рас. Классификация с учетом происхождения рас изображается в виде эволюционного древа с коротким общим стволом и расходящимися от него ветвями (рис. 15.8). В основе таких классификаций лежит обнаружение черт архаизма и эволюционной продвинутости отдельных рас, в соответствии с чем разные большие и малые расы занимают разное положение на ветвях такого древа. Выявление архаичных и прогрессивных черт среди морфологических признаков носит субъективный характер, благодаря чему схемы расовых классификаций такого рода очень многообразны. Но самым большим недостатком подхода к классификации рас исходя из их происхождения является попытка расположить расы на разных уровнях эволюционного древа, т.е. признание их биологической неравноценности. Кроме того, данные палеоантропологических исследований показывают, что вплоть до верхнего палеолита на территориях, обитаемых людьми, практически нигде не сформировались расовые типы человека, с которыми были бы генетически связаны современные большие расы. Это подтверждает анализ верхнепалеолитических находок скелетов людей современного физического типа из сунгирских погребений (Россия), живших приблизительно 26 тыс. лет назад. Все черепа, принадлежащие им, характеризуются мозаичным сочетанием расовых признаков и не могут быть отнесены ни к одной из современных рас. Этим данным соответствует и описание ископаемого скелета из Южной Калифорнии, пролежавшего в земле 21,5 тыс. лет и характеризующегося отсутствием выраженных монголоидных черт, несмотря на то что аборигенным населением Америки являются монголоиды. Только более поздние мезолитические находки свидетельствуют о формировании у человека расовых признаков. Так, известны мезолитические черепа с территории Северной Африки возрастом 10—8 тыс. лет с явными признаками не просто негроидной, а малой эфиопской расы. Сходные данные получены на территории Европы и в других регионах. Все это указывает на то, что процесс формирования расовых признаков — довольно поздний, идущий параллельно в разных регионах на рубеже верхнего палеолита — мезолита на фоне исходной разнородности расовых признаков у человека современного физического типа. Первичное появление на протяжении эволюции признаков малых, а не больших рас позволяет сделать вывод о том, что европеоидная, монголоидная и негроидная расы имеют мозаичное происхождение и представляют собой крупные популяции, объединенные не столько общностью происхождения, сколько климатогеографическими характеристиками условий существования и адаптивностью большинства основных признаков. Это заключение хорошо согласуется с популяционной концепцией рас. Суть ее заключается в следующем. Если принять, что большие расы человека представляют собой огромные популяции, то малые расы — субпопуляции больших, локальные естественные общности людей внутри которых — конкретные этнические образования (нации, народности) — являются более малыми популяциями. Если предположить при этом, намеренно упрощая ситуацию, что этносы не разделяются на элементарные популяции, и считать их просто состоящими из конкретных особей, то получится сложная структура, включающая в себя четыре уровня иерархии. На основании исследований распределения различных групп крови и белков в популяциях человека произведено сравнение доли каждого из четырех уровней меж- и внутрипопуляционных различий в общем объеме генетического полиморфизма человека по этим признакам. Таким образом, от тотального генетического полиморфизма человечества расовые признаки составляют только 8%, в то время как основная доля генетического разнообразия определяется многообразием отдельных индивидуумов. Иными словами, немец может быть генетически гораздо ближе к полинезийцу, чем к другому немцу, живущему в соседней квартире. Изучение геногеографии популяций человека показало, что географическое распределение частот генов групп крови системы АВ0, MN, Lutheran, Duny, Diego и др., а также различных форм ферментов и иммуноглобулинов не соответствует ареалам расселения ни одной из рас. Так, по группам крови АВ0 и MN жители Европы оказываются ближе к африканцам, в то время как по системе иммуноглобулинов они ближе к монголоидам Азии. Сходные результаты получены и в отношении распределения в популяциях вариантов митохондриальной ДНК. Эти данные свидетельствуют о том, что биохимический полиморфизм человека эволюционно возник раньше и развивался дольше по сравнению с возникновением комплексов расовых признаков. Из этого следует, что расы не представляют собой особых изолированных групп людей, характеризующихся наборами специфических генов. Расовые же характеристики являются не более чем отдельными проявлениями общего генетического полиморфизма, выражающегося в первую очередь в сложных морфологических признаках. Некоторые из них адаптивны, другие сформировались на основе коррелятивной изменчивости, но все они касаются лишь ряда второстепенных особенностей (цвета кожи, волос, глаз и т.д.) и не затрагивают таких общечеловеческих признаков, как морфология головного мозга, а также строение и функции руки как органа труда. На основании определения числа аллелей, свойственных той или иной группе организмов, возможно определение генетического расстояния между ними. Эта величина для больших рас человека составляет 0,03. Она гораздо ниже цифр, характерных для истинных подвидов (0,17—0,22), и еще более мала по сравнению с межвидовым расстоянием (0,5—0,6 и более). В животном мире генетическое расстояние, равное 0,03, соответствует обычно генетическим отличиям местных популяций друг от друга. Все эти данные свидетельствуют о том, что понятие расы условно, второстепенно и не позволяет подводить под иерархическую классификацию рас глубокую биологическую, а значит, и социальную базу. Человечество, заселившее уже около 15 тыс. лет назад все более или менее благоприятные для жизни природно-географические зоны, встретилось с необходимостью адаптироваться к самым разнообразным условиям существования. Адаптации человека к среде, как уже указывалось, проявляются в основном на социальном уровне, однако человечество на ранних этапах эволюции подвергалось непосредственному действию биотических и абиотических экологических факторов в значительно большей степени по сравнению с современной эрой научно-технического прогресса. Комплексы таких факторов имели разнонаправленное действие на человеческие популяции. В результате в разных климатогеографических зонах сформировались разнообразные адаптивные типы людей. Адаптивный тип представляет собой норму биологической реакции на комплекс условий окружающей среды и проявляется в развитии морфофункциональных, биохимических и иммунологических признаков, обеспечивающих оптимальную приспособленность к данным условиям обитания. В комплексы признаков адаптивных типов из разных географических зон входят общие и специфические элементы. К первым относят, например, показатели костно-мускульной массы тела, количество иммунных белков сыворотки крови человека. Такие элементы повышают общую сопротивляемость организма к неблагоприятным условиям среды. Специфические элементы отличаются разнообразием и тесно связаны с преобладающими условиями в данном месте обитания — гипоксией, жарким или холодным климатом. Именно их сочетание служит основанием к выделению адаптивных типов: арктического, тропического, зоны умеренного климата, высокогорного, пустынь и др. Разберем особенности условий жизни человеческих популяций в различных климатогеографических зонах и адаптивные типы людей, сформировавшиеся в них. Условия обитания в Арктике характеризуются постоянно низкими температурами воздуха, скудной растительностью, богатством животного мира и сезонной периодичностью поступления продуктов питания: растительная пища доступна только в короткие летние месяцы, а животная — в периоды нереста рыбы, гнездования птиц, размножения оленей и морского зверя. Продукты питания богаты витаминами, белками, жирами и микроэлементами, но бедны углеводами растительного происхождения. Воздух и почва в Заполярье содержат очень мало микроорганизмов, низкие температуры препятствуют сохранению цист патогенных простейших, яиц и личинок гельминтов. Из перечисленных факторов наибольшее влияние на формирование комплекса признаков арктического адаптивного типа оказали, по-видимому, холодный климат и преимущественно животная пища. Арктическому комплексу признаков свойственны относительно сильное развитие костно-мускульного компонента тела, большие размеры грудной клетки, высокий уровень гемоглобина, относительно большое пространство, занимаемое костным мозгом, повышенное содержание минеральных веществ в костях, высокое содержание в крови белков, холестерина, повышенная способность окислять жиры. Среди аборигенов Арктики почти не встречаются лица с астеническим телосложением. В целом арктический тип характеризуется усиленным энергетическим обменом, который отличается стабильностью показателей в условиях переохлаждения. Имеют свои особенности и механизмы терморегуляции. Так, при одинаковой степени охлаждения у канадских индейцев резко падает температура кожи, но уровень обмена веществ меняется незначительно, а у пришлого белого населения наблюдается меньшая степень снижения кожной температуры, но появляется сильная дрожь, т.е. интенсифицируется обмен. В тропиках и субтропиках располагается чуть ли не большая часть Ойкумены. Этот регион отличается в целом большим количеством тепла и влаги и сглаженностью сезонных колебаний условий обитания. Вместе с тем благодаря особенностям рельефа наблюдается значительная контрастность распределения тепла и влаги — массивы влажных лесов нередко соседствуют с засушливыми плато, обширными равнинами и редколесьем. В экваториальной и субэкваториальной областях сосредоточены огромные количества растительной биомассы. Влажные тропические леса относительно бедны животными, тогда как в саваннах животный мир разнообразен и включает крупных стадных животных, издавна используемых человеком как объект охоты. Почва, воздух и вода содержат большое количество микроорганизмов, яиц гельминтов и цист патогенных простейших. Богатство и разнообразие животного мира обеспечивает существование огромного количества промежуточных и окончательных хозяев биогельминтов и переносчиков возбудителей трансмиссивных заболеваний. К преобладающим экологическим факторам, под влиянием которых формировался комплекс признаков тропического адаптивного типа, относят жаркий влажный климат и рацион с относительно низким содержанием животного белка. В тропической области наблюдается исключительно широкая вариабельность групп населения в расовом, этническом и экономическом отношениях. Это проявляется в поразительном размахе изменчивости, например по соматическим признакам. Тем не менее преобладающие экологические факторы, особенно климатический, способствовали образованию определенного комплекса морфофизиологических признаков обитателей тропиков и субтропиков. К характерным признакам тропического типа относят удлиненную форму тела, сниженную мышечную массу, относительное уменьшение массы тела при увеличении длины конечностей, уменьшение окружности грудной клетки, более интенсивное потоотделение за счет повышенного количества потовых желез на 1 см² кожи, низкие показатели основного обмена и синтеза жиров, сниженную концентрацию холестерина в крови. Антропологическое изучение современных обитателей зоны умеренного климата под углом зрения формирования биологических механизмов адаптации к природным условиям затруднено, так как значительная часть людей проживает в промышленно развитых странах с большой долей городского населения. Результаты наблюдения позволяют, однако, судить о том, что и в этом случае в процессе исторического развития человеческих популяций сформировался комплекс признаков, соответствующий особому адаптивному типу умеренного пояса. По соматическим показателям, уровню основного обмена население умеренного пояса занимает промежуточное положение между коренными жителями арктического и тропического регионов. Это соответствует условиям биогеографической среды в зоне умеренного климата. Для нее характерны неравномерное распределение районов, отличающихся по количеству тепла и влаги, типу растительности (от сухих степей и полупустынь до тайги), богатству животного мира. Вместе с тем температура и влажность воздуха здесь не достигают экстремальных величин, хорошо выражен сезонный ритм биоклиматических условий. Условия высокогорья для человека во многих отношениях экстремальны. Их характеризуют низкое атмосферное давление, сниженное парциальное давление кислорода, холод, относительное однообразие пищи. Основным экологическим фактором формирования горного адаптивного типа явилась, по-видимому, гипоксия. У жителей высокогорья независимо от климатической зоны, расовой и этнической принадлежности наблюдаются повышенный уровень основного обмена, относительное удлинение длинных трубчатых костей скелета, расширение грудной клетки, повышение кислородной емкости крови за счет увеличения количества эритроцитов, содержания гемоглобина и относительной легкости его перехода в оксигемоглобин.

84. Биосфера как естественноисторическая система. Современные концепции биосферы: биохимическая, биогеоценологическая, термодинамическая, геофизическая, кибернетическая, социально-экологическая.

Термин «биосфера» введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. для обозначения особой оболочки Земли, образованной совокупностью живых организмов, что соответствует биологической концепции биосферы. В указанном смысле названный термин используют ряд исследователей и в настоящее время. Представление о широком влиянии живых существ на протекающие в природе процессы было сформулировано В.В. Докучаевым, который показал зависимость процесса почвообразования не только от климата, но и от совокупного влияния растительных и животных организмов. В. И Вернадский развил это направление и разработал учение о биосфере как глобальной системе нашей планеты, в которой основной ход геохимических и энергетических превращений определяется живым веществом. Он распространил понятие биосферы не только на сами организмы, но и на среду их обитания, чем придал концепции биосферы биогеохимический смысл. Большинство явлений, меняющих в масштабе геологического времени облик Земли, рассматривали ранее как чисто физические, химические или физико-химические (размыв, растворение, осаждение, выветривание пород и т. д.). В.И. Вернадский создал учение о геологической роли живых организмов и показал, что деятельность последних представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. С именем В.И. Вернадского связано также формирование социально-экономической концепции биосферы, отражающей ее превращение на определенном этапе эволюции в ноосферу вследствие деятельности человека, которая приобретает роль самостоятельной геологической силы. Учитывая системный принцип организации биосферы, а также то, что в основе ее функционирования лежат круговороты веществ и потоки энергии, современной наукой сформулированы биохимическая, термодинамическая, биогеоценотическая, кибернетическая концепции биосферы. Биосферой называют оболочку Земли, которая населена и активно преобразуется живыми существами. Согласно В.И. Вернадскому, биосфера — это такая оболочка, в которой существует или существовала в прошлом жизнь и которая подвергалась или подвергается воздействию живых организмов. Она включает: 1) живое вещество, образованное совокупностью организмов; 2) биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и др.); 3) косное вещество, которое образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты); 4) биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы). Биосфера – система, которая обменивается с космосом энергией и подчиняется Ворому Закону термодинамики. Биосфера – система саморегулирующаяся, которую можно моделировать и изучать протекающие в ней процессы. Живые организмы взаимодействуют между собой и с окружающей средой. Пр этом создаются глубокие метаболические связи с геохимическими факторами. Минеральные вещества идут на построении е скелета, регуляцию осмоса, функции кровеносной системы, велючается в обмен веществ. Изменяется среда – изменяется состав организмов. Дальнейшая разработка концепции принадлежит Вернадскому. 1. Его заслуга в том, что он разработал учение о биосфере как глобальной системе Земли, в которой основной ход геохимических и энергетиеских превращений определяетсяживыми организмами. 2. Распространил поняие «биосфера» на живые организмы и среду их обитания. 3. Создал теорию о живом веществе и геохимической роли живых организмов. 4. создал учение о преобразовании биосферы в ноосферу, как результат действий человека. Географическая концепция- подразделение биосферы на ландшафтно- географические зоны, которые характеризуются разным набором экологических факторов.

85. Функции биосферы в развитии природы Земли и поддержания в ней динамических равновесий.

Связывание диоксида углерода, выделяемого живыми организ­мами и образующегося в ходе различных превращений в неживой при­роде (например, сжигание топлива), и выделение кислорода в ходе фотосинтеза наземными и водными растениями. Так, зеленая масса насаждений на площади 1 га производит до 70 т кислорода за вегета­ционный период. В результате процесса фотосинтеза солнечный свет образуются углеводы, которые являются исходным материалом для формирования растений. Таким образом, фотосинтез является первич­ным источником всей биомассы планеты, в том числе органических ископаемых. Аккумуляция и трансформация солнечной энергии. Наземная и водная растительность планеты аккумулирует в тече­ние 1 года 31021 калорий энергии Солнца. Это примерно в 100 раз больше вырабатываемой во всем мире энергии. При этом связывает­ся 35 млрд тонн углерода, фиксируется, т. е. превращается в усвояемое состояние 44 млрд тонн азота; выделяется несколько десятков млрд. тонн кислорода и производится другая химическая работа, обуслов­ливающая современное состояние природы Земли. По данным про­фессора Лаптева И.П. (1975 г.), общая биомасса в биосфере составля­ет 3-Ю"2—3-Ю13 тонн. Ежегодно производится около 1,64-10п тонн су­хого органического вещества. Обеспечение веществами и энергией животных и человека. Тра­ва, деревья, водоросли и другие формы растительной жизни продуци­руют пищу из воды и диоксида углерода, содержащегося в тропосфе­ре. Биосфера всегда была и остается жизненной средой обитания че­ловека. Ее основные компоненты — климат, почвы, вода, минеральные вещества, растительный покров, животные — стали теми ресурсами, которые он использует для своей жизнедеятельности.

86. Живое вещество биосферы. Количественная и качественная характеристика. Роль в природе планеты.

Живое вещество (о Вернадскому) – совокупность живых организмов. Биосфера – оболочка Земли, состав, энергетика, структура которой определяются деятельностью живых организмов. Вернадский доказал, что живые организмы, когда-то обитавшие и сейчас обитающие на Земле играют роль в геологической эволюции. Живое вещество распространено неравномерно. В основно – в почве, на ее поверхности и верхней части гидросферы. На суше выделяют 2 уровня жизни: - на поверхности; - в глубине. В воде выделяют 3 уровня: - планктон; - нектон (плавающие организмы); - бентос (на дне– глубинные существа). Биомасса: на суше растений – 99,2%. Животных и микроорганизмов – 0,8%. В океане растений- 6,3%, животных и микроорганизмов – 93,7%, По содержанию атомов водорода и кислорода живое вещество ближе к гидросфере, по содержанию углерода, кальция, азота – в живом веществе их концентрация выше, чем в гидросфере. 99% массы живых организмов пиходится на элементы земной коры. Функции живого вещества. Энергетическая. Концентрационная. Деструктивная. Средообразующая. Транспортная. Энергетическая функция – поглощение солнечной энергии при фотосинтезе и химической энергии при хемосинтезе и передача энергии по пищевым цепям. Концентрационная функция – способность накапливать химические элементы и использовать их при построении тела. Деструктивная функция – ми нерализация неживого органического вещества и вовлечение образовавшихся веществ в биотический круговорот. Средообразующая функция – преодалевание физико-химических параметров среды в результате синтеза и рнаспада. Транспортная – перенос веществ против силы тяжести и в горизонтальном направлении. сновой равновесия и устойчивости биосферы является круговорот веществ и энергии, а универсальной структурной единицей – биогеоценоз. Сукачев разработал учение о биогеоценозе, 1947 год. Биогеоценоз – растения, животные, микроорганизмы, находящиеся в постоянном контакте и взаимодействии с атмосферой, гидросферой, литосферой. Состоит из биотической части (биоценоз) и абиотической (биотоп). Биоценоз – совокупноть популяций живых существ, населяю.щих определенную территорию. Может быть представлен: фитоценозом; зооценозом; микробиоценгозом. Экотоп может быть педставлшен:

атмосферой; почвенными водами; почвой. Эти части связаны постоянным обменов вещества и энергии. Биотическая часть – автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы – продуценты органических веществ. Гетеротрофы – консументы, потребители органических веществ. Консументы 1-го порядка – растительноядные, а 2-го порядка – плотоядные организмы. Редуценты разрушают биолгические вещества до простых веществ. Юлизкое биогеоценозу понятие – экосистема. Экосистема охватывает пространство от капли до поверхности Земли. Экосистема -совокупность живых организмов и среды, в которой они существуют. 3,5 kvhl/ лет: 300 раз обновлен Мировой океан, 14 млн. раз – обновлен кислород

87. Человек и биосфера. Ноосфера - высший этап эволюции биосферы. Биотехносфера. Медико-биологические аспекты ноосферы.

Ход исторических изменений взаимосвязей между природой и человеком приводил как к изменениям в природе, так и к изменениям в формах хозяйствования. Формы хозяйствования изменялись вследствие тех затруднений, которые возникали от перемен в природе. В свою очередь перемены в хозяйстве вызывали цепные реакции в природе. Эта постоянная взаимосвязь получила название закона бумеранга, или закона обратной связи взаимодействия человек – биосфера П. Дажо, или четвертого закона Б. Коммонера: «ничто не дается даром». Неизбежность расплаты за вытеснение естественных живых сообществ подчеркивается законом незаменимости биосферы, который каждый по-своему формулировали многие известные ученые. В силу того, что антропогенные преобразования природных систем имеют достаточно четкие ограничения, выявляются частные закономерности. Первое из этих обобщений – закон убывающей отдачи Тюрго – Мальтуса. Его современная трактовка: повышение удельного вложения в агросистему не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности (урожайности). Сейчас падение энергетической эффективности сельскохозяйственного производства стало общеизвестным. В настоящее время, в отличие от первичной биосферы, выделяется также и некое новое состояние природы – биотехносфера. Согласно этой концепции, человек будущего должен проектировать и формировать новую природно-техническую среду, поэтому его деятельность следует рассматривать как интегральную часть биосферы. В отношении прогноза превращения биосферы в техносферу в научной среде сложились два подхода. Одни считают, что современная биосфера, с точки зрения потребностей человека, несовершенна и требует значительного улучшения на основе коренного преобразования природы (именно такому направлению соответствует понятие техносферы). Другие ученые отрицают возможность замены систем природы любыми техническими приспособлениями и призывают осторожно использовать законы и силы природы на благо человечества, так как нельзя заменить силы природы человеческим трудом. В качестве основных доказательств приводятся следующие аргументы: Природа слишком сложна, чтобы ею легко могло управлять человечество, а тем более заменять техническими устройствами. Если биосфера резко качественно изменится, то она не будет соответствовать биологическим потребностям людей. Упрощение природы до возможностей технического управления ею со стороны человека привело бы к пагубным необратимым последствиям. Биосфера как саморегулирующаяся система с мощными обратными связями теоретически должна сопротивляться антропогенным изменениям. Любые технические устройства быстро стареют. Эксплуатационные расходы по их содержанию растут прямо пропорционально износу техники. Следовательно, техносфера в традиционном понимании термина стала бы огромной экономической обузой для общества. Относительно пути дальнейшего развития человека и биосферы в целом Вернадский придерживался иного мнения: новый этап эволюции жизни он видел не в форме биогенеза, а как этап развития разума, т. е. ноогенеза. Соответствующее на базе биосферы развитие ноосферы, сферы разума – вполне закономерный и неизбежный этап разумного регулирования взаимоотношений человека и природы. Взаимосвязь и взаимодействие человека и природы проиллюстрируем на примерах. Человек до появления интенсивных систем хозяйственного освоения природных территорий тоже гармонично вписывался в общий круговорот веществ в биосфере. С освоением все более совершенных методов хозяйствования начали появляться и проблемы: развитие охотничьего промысла привело к исчезновению крупных травоядных животных: мамонтов, зубров, бизонов, стеллеровой коровы на Камчатке и т. п.; развитие скотоводства повлекло за собой опустынивание больших территорий в аридных зонах планеты; современное развитие сельского хозяйства привело, во-первых, к значительному сокращению территорий естественных биогеоценозов и, соответственно, сокращению биоразнообразия, которое обеспечивает экологическую устойчивость окружающей среды; во-вторых, человек в виде сельскохозяйственной продукции вывозит с полей большую часть необходимых растениям минеральных элементов, которые ранее оставались на этих территориях, то есть нарушается круговорот веществ в локальных биогеоценозах, что ведет к заметному повсеместному истощению почв и необходимости применения большого количества минеральных удобрений. Вывезенная продукция, вместо того, чтобы вернуться с помощью редуцентов в землю вместе с другими продуктами жизнедеятельности человека, попадает в реки, водохранилища, моря, вызывая вторичный комплекс экологических проблем (загрязнение водной среды, цветение водохранилищ, гибель наиболее чувствительных видов водных организмов, рыбы и т. п.); развитие промышленного производства, помимо пространственного воздействия на биоту (вытеснение, сокращение жизненного пространства зачастую до критических размеров), создало предпосылки для ряда техногенных кризисов: парникового эффекта, озоновых дыр, загрязнения окружающей среды, заполнения поверхности земли не усваиваемыми биосферой и иногда катастрофически вредными для нее промышленными отходами. Приведем некоторые цифры. Человек сейчас потребляет от 15% (Радкевич, 1997) до 40% первичной биологической продукции суши (Горшков, 1980), или 25% глобальной первичной продукции. При существующих темпах роста населения через 35 лет человек будет потреблять уже до 80% первичной продукции суши, или 50% глобальной. Но уже сейчас в результате изъятия первичной продукции, разрушения экологических ниш и загрязнения среды ежегодно исчезает от 5000 (оптимистические оценки) до 150.000 (пессимистические оценки) видов из примерно 5-30 млн. видов, существующих на Земле, – в 10⁵-10⁶ раз быстрее, чем в доисторическую эпоху. Такие темпы значительно превышают любую катастрофическую перестройку биоты в прошлом. Происходит это потому, что человек в буквальном смысле лишает множество организмов пищи, разрушает экологические ниши, при этом сужает ареалы организмов, что ведет к распаду генома популяций. Таким образом, еще совсем недавно популярный лозунг покорителей природы о том, что «нельзя ждать милостей от природы: взять их у нее – наша задача», на практике привел человечество к экологическому кризису. Для того, чтобы скорректировать поведение человека в отношении природы, Б. Коммонером были сформулированы четыре закона, которые, с точки зрения Реймерса, по сути, не столько законы, сколько афоризмы: Все связано со всем. Поскольку все живые организмы включены в круговорот веществ в природе, между особями, видами, классами живых существ и окружающей средой образовано множество переплетающихся прямых, обратных, косвенных связей. Поэтому любое изменение среды (вещества, энергии, информации, других качеств среды) неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формированию новых природных систем. Причем процесс может принять необратимый характер даже при небольшом сдвиге отдельного фактора. Так, очень малое в процентном отношении изменение содержания окислов азота и серы в атмосфере привело к возникновению кислотных осадков, деградации лесов в Европе, исчезновению рыбы в озерах Скандинавии. Все должно куда-то деваться. Выше был рассмотрен пример кризиса, вызванного загрязнением окружающей природной среды вследствие промышленного производства, основанного на добыче и синтезе несовместимых с биологическим круговоротом веществ и химических соединений – они в виде продуктов, материалов или вещей некоторое время находятся в хозяйственном пользовании, а потом неизбежно попадают в окружающую среду, которая не может с ними справиться, т. е. нейтрализовать или вернуть в исходное инертное состояние. Природа знает лучше. Связи и взаимоотношения в природе складывались миллионы лет, человек, возомнивший себя творцом природы, теперь начинает осознавать ограниченность своих знаний и возможностей. Становится очевидным, что неверные идейные установки «покорителя природы» привели к началу экологического кризиса. Следом может развиться экологическая катастрофа, с полной ликвидацией фактора, вызвавшего дисбаланс (т. е. самого человека). Ничто не дается даром. В экологическом смысле это правило имеет в виду то, что любой успех в развитии антропосферы, любой рывок в росте численности населения, интенсивности труда, в области техносферы осуществляется за счет биосферы, усиления экологической нагрузки на природную среду, разрушения естественных биогеоценозов. В настоящее время достигнут предел устойчивости всей мировой экосистемы в целом. Причем не столько из-за неспособности биосферы прокормить существующее население (пищи может хватить и на много большее число людей), сколько из-за техногенной насыщенности, обеспечивающей все большие культурные потребности человека: необходимость современного жилья, личного автотранспорта, коммуникаций, предметов роскоши – это самые простые причины. Дальше идут научно-технические проекты, включая самые дорогостоящие – космические, гонку вооружений и т. д. Увлечение модой на одноразовые предметы потребления еще более увеличивает удельную экологическую нагрузку на среду для каждого человека, где пища занимает достаточно скромное место. В качестве одного из примеров непроизводительного и нерационального природопользования, приводящего к неоправданной нагрузке на окружающую среду, приведем следующую ситуацию. Когда в квартирах есть и горячая, и холодная вода, для того, чтобы почистить зубы, мы включаем кран, и пока чистим зубы, воды утекает почти ведро. Когда воды в кране нет, можно принести из колонки, родника, налить из запасов один стакан воды, и его хватит на ту же операцию. Значит, каждый день почти каждый житель тратит одно-два ведра лишней согретой воды. В масштабах страны сотни заводов трудятся, тратят электроэнергию и топливо, чтобы эту лишнюю воду накачать, очистить, продезинфицировать, произвести для всего этого химические реагенты, нагреть, после использования пропустить через очистные сооружения. Указанные заводы обслуживает небольшая армия транспорта, дорожных служб, ремонтников, бюрократов и т. д. Для этих процессов требуется территория, отнятая у биоты. Все это сопровождается выбросами загрязняющих веществ и отходов производства в окружающую среду. Есть и другой пример целенаправленной политики многих фирм-производителей ширпотреба по запрограммированной недолговечности, одноразовости своих изделий – увеличение уровня потребительского спроса или искусственное ускорение процессов изменения моды на одежду и предметы роскоши, что тоже приводит к увеличению объемов производства товаров для свалки.

88. Определение науки экологии. Среда как экологическое понятие. Факторы среды. Правило Аллена, правило Бергмана.

Специальная биологическая наука, изучающая закономерности взаимоотношений организмов и среды их обитания, законы развития и существования биогеоценозов, представляющих собой комплексы взаимодействующих живых и неживых компонентов в определенных участках биосферы. Экологические закономерности проявляются на уровне особи, популяции, биоценоза, биогеоценоза. Биоценоз – пространственно ограниченная ассоциация взаимодействующих растений и животных, в которой доминируют определенные виды или физический фактор. Предмет – физиология и поведение отдельных организмов в естественных условиях обитания (аутэкология), рождаемость, смертность, миграции, внутривидовые отношения (динамика популяции), межвидовые отношения, потоки энергии и круговороты веществ (синэкология). В понятие «экология» входит понятие - «среда». Среда – природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Среда обитания – комплекс условий, необходимый для жизнедеятельности организма. Окружающая среда – комплекс условий в более узком значении. Среда жизни – вода, воздух, почва, живой организм. Экологический фактор – элемент среды, который оказывает влияние на организм. Факторы среды: биотический;абиотический;антропогенный. Абиотические факторы среды – совокупность неорганических условий существования организма. На первое место ставят климатические, т.к. они имеют универсальное значение (давление, температура, количество солнечной энергии). Затем идут эдафические /почвенные (соленость, рН). Очень часто они переносятся организмом в определенных пределах. Карл Либих сформулировал закон минимума: «Жизнь может ограничивать недостаток одного из многих элементов». Каждый фактор имеет свои пределы положительного влияния на организм. Пределы выносливости между критическими точками – экологическая валентность живых организмов (широкая – every, узкая – steno). Например, некоторые бактерии живут в атомном реакторе. Биотические факторы – формы воздействия живых существ друг на друга. Различают: внутривидовые; межвидовые. К внутривидовым относят прежде всего численность популяции. Рост численности подчиняется определенным законам и продолжается, пока пищи достаточно. Во-вторых, соотношение полов (количество размножающихся самок). В-третьих, возрастная структура популяции. Возрастные различия повышают сопротивляемость среде. В-четвертых, продолжительность жизни (учитываются особи в репродуктивном периоде, у самок – меньше). В-пятых, плодовитость. Она характеризуется коэффициентом рождаемости – количеством рожденных потомков в единицу времени. В-шестых, конкуренция за пищу и территорию. К междувидовым формам относят: паразитизм; комменсализм; мутуализм; нейтрализм; конкуренция. Каждый вид обладает своей экологической нишей. Экологическая ниша – совокупность экологических характеристик вида: место обитания, комплекс биоценотических связей и требований к абиотическим факторам. Антропогенные факторы – факторы, созданные человеком и обусловленные его жизнедеятельностью. Воздействие человека на природу проявляется: 1) в изменении режима биотических и абиотических факторов и выведение их за пределы, отвечающие физиологическим требованиям организма; 2) деятельность человека приводит к нарушениям экосистем. Эти нарушения можно разделить на группы: а) оскудение природных ресурсов (почв, животных, растений и т.д.); б) перегруженность населением, техникой, автотранспортом; в) увеличение количество производственных и бытовых отходов; г) уничтожение видов животных, растений и микроорганизмов: д) нарушение человеком сукцессий; е) создание искусственных сукцессий. Правило Бергмана. Животные, обитающие в областях с преобладающими низкими температурами, имеют, как правило, болеекрупные размеры тела по сравнению с обитателями более теплых зон и областей. Условия, при которых соблюдается. Животные гомойотермные. Сравниваются близкородственные виды (или подвиды одного вида). Теплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. Теплоотдача (потеря тепла, его передача в окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. С увеличением объема площадь поверхности растет относительно медленно, что позволяет увличить отношение "теплопродукция / теплоотдача" и таким образом компенсировать потери тепла с поверхности тела в холодном климате. Правило Аллена. Животные, обитающие в областях с преобладающими низкими температурами, имеют, как правило, более короткие выступающие части тела (уши, лапы, хвост, нос) по сравнению с обитателями более теплых зон и областей. Условия, при которых соблюдается. Животные гомойотермные. Сравниваются близкородственные виды (или подвиды одного вида).Теплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. Теплоотдача (потеря тепла, его передача в окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. Тонкие выступающие части тела, имеющие небольшой объем и большую площадь поверхности, увеличивают теплоотдачу, т.е. ведут к потере тепла организмом.

89. Предмет экологии человека. Биологический и социальный аспекты адаптации населения к условиям жизнедеятельности. Уровни экологических связей человека: индивидуальный, групповой, глобальный).

Экология человека (или социальная экология) - это область экологии, изучающая взаимодействие человеческого общества и окружающей среды. Она выделилась (сформировалась) в 70-е гг. XX века как самостоятельный раздел общей экологии, главной особенностью которого является междисциплинарный характер, т.к. в нём обобщены социологические, философские, географические, естественно-научные и медико-биологические проблемы. Экология человека изучает закономерности возникновения, существования и развития антропоэкологических систем. Размеры таких систем различны в зависимости от численности и характера организации человеческих популяций. Это могут быть изоляты, демы, нации, наднациональные ассоциации (различающиеся по способу производства, укладу жизни) и, наконец, человечество в целом. Большое значение в определении размера антропоэкологической системы имеют природные условия: наиболее многочисленные современные популяции, объединяющие более 80% человечества, обитают на 44% суши в области тропических лесов и саванн. В засушливых зонах (18% суши) обитает лишь 4% населения. Главная отличительная черта антропоэкологических систем -наличие в их составе человеческих сообществ, которым в развитии всей системы принадлежит доминирующая роль. Сообщества людей различаются по способу производства материальных ценностей и структуре социально-экономических отношений. Активностью сообществ людей на занимаемой территории определяется уровень воздействия их на окружающую среду. Развивающиеся сообщества (например, в период индустриализации) характеризуются ростом численности населения и увеличением потребностей его в продуктах питания, сырье, водных ресурсах, размещении отходов. В таких сообществах увеличена нагрузка на природную среду, интенсифицировано использование биотических и абиотических факторов. В антропоэкологических системах процессы осуществляются в двух главных направлениях: 1) изменяются биологические и социальные показатели индивидуумов и сообщества в целом как ответ на требования, предъявляемые человеку средой; 2) осуществляется перестройка самой среды для удовлетворения требований человека. В истории человечества усиливалась роль второго направления. Адаптации человека к условиям обитания имеют частично экологическую, но главным образом социальную природу. Адаптации формируются по отношению к факторам как природной, так и искусственной среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер. Экологические и социально-экономические адаптации дополняются психологическими адоптациями, поскольку каждый человек индивидуален. Индивидуальные и групповые адаптации человека, в отличие от биологических адаптации растений и животных, обеспечивают наряду с выживанием и воспроизведением потомства выполнение им социальных функций, важнейшей из которых является общественно - полезный труд. Индивидуальные и групповые адаптации человека включают оптимизацию условий жизни и производственной деятельности (устройство жилищ и других помещений, конструкцию одежды, организацию питания и водоснабжения, рациональный режим труда и отдыха, сознательную тренировку организма и др.). Хотя в основе адаптации человека лежат социально-экономические механизмы, важная роль принадлежит также естественным приспособительным и защитным механизмам, которые составляют биологическое наследство человека. Хорошо иллюстрируется роль естественных механизмов при переходе человека в экстремальные условия местообитаний (высокогорье; Арктика с её суровым климатом, необычными атмосферными явлениями и пониженным содержанием микроорганизмов в почвах и воздухе, специфической сменой дня и ночи). Как правило, люди, привыкшие жить в умеренных широтах, при перемещении в Заполярье болезненно реагируют на перемены, испытывают болезненные ощущения и длительно могут находиться в ухудшившемся состоянии (повышается артериальное давление, учащается пульс, падает работоспособность, снижается до 3000-3500 в 1 мм3 количество лейкоцитов). По прошествии определённого времени функциональные показатели возвращаются к нормальному уровню, восстанавливается работоспособность, оперативная память, защитные механизмы организма. Происходит акклиматизация человека к новым условиям обитания, основным критерием которой является восстановление высокого уровня трудоспособности. В основе акклиматизации лежат естественные приспособительные механизмы организма человека. Продолжительное проживание групп людей на территориях, различающихся климатическими, алиментарными и другими экологическими факторами, привело к образованию воспроизводящихся в ряду поколений признаков и их комплексов. В результате возникли экологические типы людей, обладающие более высоким уровнем приспособленности (за счёт естественных адаптационных механизмов) к проживанию в конкретной биогеографической среде. Однако перед человечеством стоит серьёзная задача более глубокого освоения мало - или совсем незаселённых территорий, которые составляют 71% поверхности Земли (пустыни, полупустыни, высокогорные, полярные, тропические районы, дно морей и океанов). Кроме того, человек в результате своей хозяйственной деятельности сам создаёт экстремальные условия среды, к которым ему необходимо адаптироваться. Это также одна из серьёзных медико-биологических проблем экологии человека. Адаптации человека к факторам окружающей среды носят опосредованный характер. Действие экологических факторов всегда опосредовано результатами производственной деятельности людей. В процессе труда человек своей собственной деятельностью опосредует, регулирует и контролирует обмен веществ между своим организмом и природой. К тому же естественные экосистемы в настоящее время всё больше вытесняются антропогенными экосистемами, в которых человек является абсолютно доминирующим экологическим фактором. Экологические связи - связи, взаимоотношения между биогенными и абиогенными факторами, входящими в состав экосистемы или биосферы.

90. Человек как творческий экологический фактор. Основные направления и результаты антропогенных изменений к окружающей среде. Антропогенные экосистемы.

На начальных этапах существования человеческого общества интенсивность воздействия людей на среду обитания не отличалось от воздействия других организмов. Получая от окружающей среды средства к существованию в таком количестве, которое полностью восстанавливалось за счет естественных процессов биотического круговорота, люди возвращали в биосферу то, что использовали другие организмы для своей жизнедеятельности. Универсальная способность микроорганизмов разрушать органическое вещество, а растений — превращать минеральные вещества в органические обеспечивала включение продуктов хозяйственной деятельности людей в биотический круговорот. В настоящее время человек извлекает из биосферы сырье в значительном и все возрастающем количестве, а современные промышленность и сельское хозяйство производят или применяют вещества, не только не используемые другими видами организмов, но нередко и ядовитые. В результате этого биотический круговорот становится незамкнутым. Вода, атмосфера, почвы загрязняются отходами производства, вырубаются леса, истребляются дикие животные, разрушаются природные биогеоценозы. Нежелательные последствия неконтролируемой человеческой деятельности осознавали естествоиспытатели уже в конце XVIII — начале XIX в. (Ж.-Л.-Л. Бюффон; Ж.-Б. Ламарк). В настоящее время человечество стоит перед возможностью экологического кризиса, т. е. такого состояния среды обитания, которое вследствие произошедших в ней изменений оказывается непригодным для жизни людей. Ожидаемый кризис по своему происхождению является антропогенным, так как. к нему ведут изменения в природе Земли, развивающиеся в связи с воздействием на нее человека. По своим последствиям воздействия человеческого общества на среду обитания могут быть положительными и отрицательными. Последние особо привлекают к себе внимание. Основные пути воздействия людей на природу заключаются в расходовании естественных богатств в виде минерального сырья, почв, водных ресурсов; загрязнении среды, истреблении видов, разрушении биогеоценозов. Естественные богатства планеты делятся на невосполняемые и восполняемые. К первым, например, относят полезные ископаемые, запасы которых ограничены. Тенденцию в изменениях восполняемых природных ресурсов можно проследить на примере леса. В настоящее время лесом покрыта примерно треть суши (без Антарктиды), тогда как в доисторические времена им было занято не менее 70%. Особенно пострадал лес в районах древних цивилизаций. Оголение горных склонов Ливана началось 5000 лет назад, когда по приказу царя Соломона 80 000 дровосеков вырубили для строительства дворца и храмов рощи ливанских кедров на значительной территории. Густые леса Далмации начали интенсивно уничтожать при создании римского флота, а затем при строительстве Венеции. На большей части территории Китая и Индии леса были почти полностью вырублены уже в позапрошлом тысячелетии. Уничтожение лесов прежде всего резко нарушает водный режим планеты. Мелеют реки, их дно покрывается илом, что приводит в свою очередь к уничтожению нерестилищ и сокращению численности рыб. Уменьшаются запасы грунтовых вод, создается недостаток влаги в почве. Талая вода и дождевые потоки смывают, а ветры, не сдерживаемые лесной преградой, выветривают почвенный слой. В результате возникает эрозия почвы. Древесина, ветви, кора, подстилка аккумулируют минеральные элементы питания растений. Уничтожение лесов ведет к вымыванию этих элементов из почв и, следовательно, падению ее плодородия. С вырубкой лесов гибнут населяющие их птицы, звери, насекомые-энтомофаги. Вследствие этого беспрепятственно размножаются вредители сельскохозяйственных культур. Лес очищает воздух от ядовитых загрязнений, в частности он задерживает радиоактивные осадки и препятствует их дальнейшему распространению, т. е. вырубка лесов устраняет важный компонент самоочищения воздуха. Наконец, уничтожение лесов на склонах гор является существенной причиной образования оврагов и селевых потоков. Таким образом, из-за нерационального землепользования человечество потеряло вследствие эрозии почв обширные территории, ставшие практически непригодными для земледелия. Так, за период, равный примерно 150 годам, в США эрозия привела к резкому снижению плодородия почв на территории, равной 120 млн. га. Промышленные отходы, пестициды, применяемые для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур, радиоактивные вещества, образуемые, в частности, при испытании ядерного и термоядерного оружия, загрязняют природную среду. Так, только автомобили в крупных городах за год выбрасывают в атмосферу около 50 млн. м³ угарного газа, кроме того, каждый автомобиль ежегодно выделяет около 1 кг свинца. Обнаружено, что в организме людей, проживающих вблизи крупных магистралей, содержание свинца повышено. Из-за бесконтрольного использования количество инсектицида ДДТ (по данным 50-х годов), находящегося в распыленном состоянии на обширных территориях планеты и вредного для живых организмов, достигло 1 млн. т. Троекратная обработка в 60-е годы инсектицидом, сходным с ДДТ, района живописного оз. Клири в США привела к почти полному уничтожению популяции гагар, достигавшей 1000 пар. В среднем в организме жителя США в 1961 г. обнаружено около 925 мг хлорорганических соединений. Считая с 1600 г., человеком было истреблено более 160 видов и подвидов птиц и около 100 видов млекопитающих. В настоящее время около 600 видов позвоночных животных находятся на грани полного истребления. К ним относятся киты, австралийские сумчатые (кенгуру), крокодилы, бегемоты, носороги, ряд крупных хищников. Отдельные виды животных исчезают не только в результате их непосредственного истребления человеком. Между естественными и искусственными биоценозами все время идет борьба за территорию. Но человеческий труд оказывается фактором настолько мощным, что искусственные биоценозы, сами по себе малоустойчивые, тем не менее теснят естественные биоценозы. Деятельность человека изменяет структуру земной поверхности, отчуждая под сельскохозяйственные угодья, строительство населенных пунктов, коммуникаций, водохранилищ территорию, занимаемую природными биогеоценозами. К настоящему времени указанным образом преобразовано около 20% суши. К числу отрицательных влияний относится нерегулируемый промысел рыбы, млекопитающих, беспозвоночных, водорослей, изменение химического состава вод, воздуха, почвы в результате сбросов отходов промышленности, транспорта и сельскохозяйственного производства. Положительное влияние человека выражается в выведении новых пород домашних животных и сортов сельскохозяйственных растений, создании культурных биогеоценозов, а также в разработке новых штаммов полезных микроорганизмов как основы микробиологической промышленности, развитии прудового рыбного хозяйства, интродукции полезных видов в новых условиях обитания. Прогнозы будущего человечества с учетом экологических проблем, стоящих перед ним, представляют непосредственный интерес для всего населения планеты. По мнению экспертов, экологическая ситуация, складывающаяся на Земле, таит в себе опасность серьезных и, возможно, необратимых нарушений биосферы в том случае, если деятельность человечества не приобретет планомерный, согласующийся с законами существования и развития биосферы характер. Вместе с тем расчеты показывают, что человеческое общество не использует значительные резервы биосферы. Одной из наиболее острых проблем современности является проблема быстрого роста населения Земли. Ежегодный прирост населения в абсолютном исчислении достигает 60—70 млн. человек, или примерно 2%. К 2000 г. численность населения достигла 6 млрд. человек. Площадь поверхности суши на планете равна 1,5 • 10¹⁴ м², что достаточно для размещения 15—20 млрд. человек со средней плотностью 300—400 человек на 1 км², имеющей место в настоящее время в Бельгии, Нидерландах, Японии. Растущее население Земли должно быть обеспечено пищей. Известно, что производство продовольствия на душу населения растет медленнее, чем производство энергии, одежды, различных материалов. Многие миллионы людей в слаборазвитых странах испытывают нехватку продуктов. Вместе с тем из всей территории суши, пригодной для земледелия, в среднем по Земному шару под сельскохозяйственные угодья занято лишь 41%. При этом на используемой территории, по мнению разных экспертов, получают от 3—4 до 30% от возможного при современном уровне развития агротехники количества продуктов. Причины этого отчасти заключаются в недостаточной энерговооруженности сельского хозяйства. Так, в Японии, получая урожай, в 5 раз больший, чем в Индии (с 1 га сельскохозяйственных угодий), затрачивают в 20 раз больше электроэнергии и в 20—30 раз больше удобрений и пестицидов.Уже сейчас 30% металлоизделий изготовляют из вторичного сырья. При существующей технологии из месторождений нефти извлекается лишь 30—50% запасов. Выход полезных ископаемых, таким образом, может быть увеличен путем разработки прогрессивных способов добычи. Около 95% энергии получают в настоящее время за счет сжигания ископаемого топлива, 3—4% за счет энергии речного стока и только 1—2% за счет атомного горючего. Использование атомной энергии в мирных целях решает проблему энергетического кризиса.

Преобразующая деятельность людей неизбежна, так как с ней связано благосостояние населения. Современное человечество располагает исключительно мощными факторами воздействия на природу планеты, которое по своим последствиям может быть и отрицательным, и положительным. Следование принципу научно обоснованного рационального природопользования позволяет получить в целом позитивный итог.

91. Биологическая изменчивость людей и биогеографическая характеристика среды. Экологическая дифференцировка человечества. Понятие об экологических типах людей и условиях их формирования.

Как уже отмечалось, искусственная среда нивелирует прямое воздействие природных экологических факторов среды на человека. Однако продолжительность соответствующего периода технической революции составляет менее 1% истории человечества. Поэтому на протяжении большей части истории вида Человек разумный серьёзное воздействие на его популяции оказывали климатический, геохимический, алиментарный, биологический (в частности, микробный и паразитарный) факторы естественной среды, направление которых различалось в разных районах планеты. Различия давления естественного отбора обусловили различия приспособлений и формирование адаптивных типов людей. Адаптивный тип - это определённая норма реакций на преобладающие условия обитания, которая проявляется в развитии комплекса морфофункциональных, биохимических, иммунологических признаков, обеспечивающих лучшую биологическую приспособляемость человека к определённой физической среде. Выделяют следующие адаптивные типы: арктический, зоны умеренного климата, высокогорный, тропический, зоны пустынь и полупустынь и др. Комплекс признаков конкретного адаптивного типа не связан с расовой и этнической принадлежностью популяции.Например жители города Ростова принадлежат к адаптивному типу людей, живущих в зоне умеренного климата. В комплекс адаптивных признаков включают специфические и общие признаки. К общим признакам относят показатели костно-мускульной массы тела, количество иммунных белков сыворотки крови. Общие элементы обеспечивают повышение общей сопротивляемости организма к неблагоприятным условиям среды. Специфические признаки разнообразны и обусловлены преобладающими условиями в данном регионе (гипоксия, жара, холод и т.п.). Сочетание специфических признаков определяет формирование адаптивного типа человека. На формирование арктического адаптивного типа решающую роль оказали холодный климат и преимущественно животная пища. Арктический комплекс адаптивных признаков отличается сильным развитием кост-но-мускульного компонента тела, большими размерами грудной клетки, большим пространством, занимаемым костным мозгом, и высоким уровнем гемоглобина, высоким содержанием в крови белков и холестерина, повышенной способностью к окислению жиров, а также усиленным в целом энергетическим обменом, со стабильностью показателей в условиях переохлаждения. Так, при охлаждении у канадских индейцев резко падает температура кожи, но уровень обмена веществ меняется незначительно, а у белого населения, наоборот, наблюдается меньшая степень снижения кожной температуры, но интенсифицируется обмен (появляется сильная дрожь). Комплекс признаков тропического адаптивного типа формировался под влиянием таких преобладающих экологических факторов, как жаркий и влажный климат, рацион с относительно низким содержанием животного белка. Тропический адаптивный тип характеризуется следующим комплексом признаков: относительно уменьшенной массой тела при увеличенной длине конечностей, уменьшенной окружностью грудной клетки, повышенным количеством потовых желёз на 1 см2 кожи и более интенсивным потоотделением, низкими показателями основного обмена и синтеза жиров, пониженной концентрацией холестерина в крови. Тропический адаптивный тип характеризует едва ли не большую часть населения планеты и поэтому для него характерна исключительно широкая вариабельность групп населения в расовом, этническом и экономическом отношениях. Адаптивный тип умеренного пояса характеризуется комплексом признаков, занимающим промежуточное положение между таковыми арктического и тропического адаптивных типов. Биологические механизмы этого адаптивного типа определить весьма трудно, т.к. большая часть населения проживает в промышленно развитых странах с большей долей городского населения, что резко уменьшает прямое (неопосредованное) влияние факторов естественной среды на население. Температура и влажность воздуха в умеренном поясе не достигают экстремальных величин, хорошо выражен сезонный ритм биоклиматических условий. В формировании горного адаптивного типа основную роль играл такой средовой фактор, как гипоксия. В комплекс признаков горного адаптивного типа входят: повышенный уровень основного обмена, относительное удлинение длинных трубчатых костей скелета, расширение грудной клетки, увеличенное содержание в крови эритроцитов и гемоглобина. У коренных жителей Перу количество эритроцитов увеличено на 30% по сравнению с лицами, живущими на уровне моря. Несомненно, что в жарких странах происходит интенсивный естественный отбор с высоким показателем давления отбора. В менее выгодном положении оказываются тучные лица и лица, у которых меньше потовых желёз или эти железы частично повреждены (например, у альбиносов вследствие солнечных ожогов), а также люди с большим весом и размерами тела. Факторами естественного отбора, воздействующего на людей в тропической адаптивной зоне, являются большая распространённость бактерий и паразитов (из-за высокой температуры и влажности), высокая солнечная радиация, нехватка воды и др. Указанные адаптивные типы формировались независимо от расы и только в связи с приспособлением к конкретным условиям среды, а также на основе приспособительных механизмов вида, определяемых генофондом Homo sapiens. Развитие особенностей определённого адаптивного типа происходит в эмбриогенезе. Например, уже в конце внутриутробного развития проявляются различия в пропорциях тела между негроидами и европеоидами. Существование адаптивных типов свидетельствует о значительной экологической пластичности человека, которая была основной предпосылкой расселения человека на планете. В комплекс признаков адаптивного типа входят такие, которые имеют генетическую обусловленность (форма и размер тела, характер роста, развитие скелета, отложения жира и др.), закрепляются в генотипе и наследуются. Однако ряд признаков имеет в своей основе быстрые физиологические изменения, связанные с акклиматизацией (например, адаптации к действию высоких температур). Последнее хорошо иллюстрируют американские индейцы: индейцы Атабаски, населяющие район Большого Медвежьего озера, живут в таких же суровых условиях, как эскимосы; индейцы майя на полуострове Юкатан обитают в условиях жаркого влажного климата. Очень широк в настоящее время климатический интервал обитания европейцев: в исключительно холодных условиях живут лапландцы, в жарких -итальянцы, обосновавшиеся в Северной Австралии.

92. Основные формы биологических связей в антропобиогеоценозах. Паразитизм как биологический феномен. Классификация паразитических форм животных. Пути происхождения различных групп паразитов.

Организмы разных видов в биоценозах находятся в постоянном взаимодействии друг с другом. Существуют две основные формы межвидовых взаимодействий: антибиоз и симбиоз. Антибиоз — невозможность сосуществования двух видов организмов, основанная на конкуренции прежде всего за источники питания. Примером служат взаимоотношения сапрофитных бактерий и ряда плесневых грибов. Первые способны быстро заселять среды, богатые органическими веществами, за счет интенсивного размножения, а вторые, значительно уступая им в этом, приобрели способность делать субстрат неблагоприятным для жизнедеятельности бактерий, выделяя в него продукты своего метаболизма — антибиотики. В результате среда используется либо грибами, либо бактериями, успевшими попасть в нее и размножиться раньше. Симбиоз в переводе с греческого означает «сожительство». Формы симбиоза разнообразны. В некоторых случаях отношения между организмами разных видов являются взаимополезными настолько, что раздельное их существование вообще невозможно. Такой симбиоз называют мутуализмом. Примером мутуалистических взаимоотношений является сожительство человека с микрофлорой его кишечника, основным компонентом которой являются разнообразные штаммы бактерий кишечной палочки Escherichia coli. Бактерии в таком сожительстве находят благоприятную среду обитания и неисчерпаемый источник питания. Нормальное же пищеварение в кишечнике человека и всасывание рядов витаминов возможно только при участии бактерий. После длительного лечения больных различными инфекционными заболеваниями с помощью антибиотиков у них нередко наряду с подавлением жизнедеятельности болезнетворных бактерий наблюдается состояние дисбактериоза — гибель нормальных бактерий кишечника и усиленное размножение бактерий, нечувствительных к антибиотику, и микроскопических грибов, которые в свою очередь сами могут явиться причиной заболевания. Для восстановления нормальной кишечной микрофлоры часто необходимым является искусственное заселение пищеварительной системы человека симбионтными штаммами кишечной палочки. Комменсализм — форма симбиоза, при которой один вид использует остатки или излишки пищи другого, не причиняя ему видимого вреда. Часто комменсалы даже поселяются в теле хозяина, не снижая его жизнеспособности. Примером комменсалов являются непатогенные ротовая и кишечная амебы, живущие в пищеварительной системе человека и питающиеся бактериями. При хищничестве между организмами разных видов существуют только пищевые взаимоотношения, а пространственные отсутствуют. Хищники используют представителей другого вида для питания однократно, убивая их. Наибольшее значение для медицины имеет паразитизм — форма межвидовых взаимоотношений, при которой один вид использует другой как источник питания и среду обитания. В тех случаях, когда паразит не живет в организме хозяина, он посещает его для питания многократно. Разные формы симбиотических взаимоотношений организмов не являются абсолютно стойкими и могут переходить друг в друга. Так, комменсалы могут становиться паразитами при ослаблении иммунитета хозяина. При нормальном питании и физическом здоровье хозяина некоторые паразиты могут долгое время не оказывать на него патогенного действия. Некоторые хищники, питающиеся мелкими животными, могут становиться паразитами крупных, и наоборот. Условность классификации биотических связей и нечеткость их отграниченности друг от друга являются отражением эволюции не только взаимодействующих видов, но и самих межвидовых взаимоотношений. Формы паразитизма чрезвычайно многообразны, и классификация их возможна по разным основаниям. С точки зрения обязательности паразитического образа жизни для данного вида различают истинный и ложный, а также облигатный и факультативный паразитизм. При истинном паразитизме взаимоотношения между паразитом и хозяином являются закономерными и имеют эволюционную основу. Паразитология изучает в основном феномен истинного паразитизма. Ложный паразитизм — явление для данного вида случайное. В нормальных условиях данный вид ведет свободный образ жизни. При попадании в организм хозяина ложный паразит может некоторое время сохранять жизнеспособность и нарушать жизнедеятельность хозяина. Примерами ложного паразитизма являются случаи обнаружения пиявок в носовой полости и носоглотке человека. Ложный паразитизм пиявок может привести хозяина к смерти в связи с закупоркой дыхательных путей или из-за носовых кровотечений, которые они могут вызвать. Облигатный паразитизм — паразитизм, являющийся обязательным для данного вида организмов. Абсолютное большинство видов паразитов относятся к этой группе. Факультативные паразиты способны вести свободный образ жизни, но, попадая в организм хозяина, проходят в нем часть цикла своего развития и нарушают его жизнедеятельность. Таковы многие виды синантропных мух, личинки которых могут нормально развиваться либо в пищевых продуктах человека, либо в его кишечнике, вызывая кишечный миаз. По времени контакта хозяина и паразита паразитизм бывает временным и постоянным. Временные паразиты обычно посещают хозяина только для питания. Это в основном кровососущие членистоногие. Постоянные паразиты подразделяются на стационарных и периодических. Стационарные паразиты всю жизнь проводят на хозяине или внутри него. Примерами являются вши, чесоточный клещ, трихинелла спиральная и многие другие. Периодические паразиты часть своего жизненного цикла проводят в паразитическом состоянии, остальное время обитают свободно. Типичным паразитом такого рода является угрица кишечная. Нередко паразитический образ жизни ведут только личинки, в то время как половозрелые формы являются свободноживущими. Паразитизм такого рода называют ларвальным (личиночным). Противоположное явление, когда паразитом является половозрелая форма, а личинка обитает в открытой природе, называют шлагинальным паразитизмом. К паразитам этого типа относят, например, анкилостомид, личинки которых живут в почве, а взрослые стадии — в двенадцатиперстной кишке человека. Особенно большое медицинское значение имеет классификация паразитов по их локализации в организме хозяина. Эктопаразиты находятся на покровах хозяина. К ним относят кровососущих насекомых и клещей. Эндопаразиты обитают внутри хозяина. Их подразделяют на паразитов, обитающих в полостных органах, связанных с внешней средой (пищеварительная, дыхательная и мочеполовая системы), и паразитов тканей внутренней среды (опорно-двигательный аппарат, система крови, соединительная ткань). Примерами первых являются аскарида, легочный сосальщик, урогенитальная трихомонада, вторых — ришта, малярийный плазмодий, лейшмании. Любой подход к классификации паразитизма не дает возможность строго разграничить формы этого сложного экологического явления. Многие виды на протяжении жизненного цикла могут быть по отношению к разным хозяевам и ларвальными, и имагинальными паразитами. Так, сосальщики на начальных этапах развития ведут свободный образ жизни. Позже их личинки обитают в промежуточном хозяине, затем вновь образуются свободноживущие личинки, которые, обнаружив второго промежуточного или окончательного хозяина, паразитируют у него на половозрелой стадии. В процессе жизнедеятельности нередко паразиты осуществляют миграцию в организме хозяина и способны таким образом вначале обитать в полостных органах, а затем перемещаться в ткани внутренней среды. Таковы трихинелла и свиной цепень. Возможен переход от эктопаразитизма к паразитированию в тканях внутренней среды. К таким видам относятся, например, личинки вольфартовой мухи. Отсутствие четких границ между разными формами паразитизма отражает объективную ситуацию — эволюцию этого экологического феномена. Своеобразной экологической группой паразитов являются сверхпаразиты. В качестве среды обитания и источника питания ими используются другие паразитические организмы. Обычно сверхпаразиты еще более мелкие и низко организованы, чем паразиты. Они могут поражать как простейших, так и многоклеточных паразитов. Сверхпаразитизм — очень широко распространенное явление. Так, подсчитано, что только один вид свободноживущих бабочек — луговой мотылек Loxostege sticticalis — является хозяином 40 видов паразитов, за счет которых существуют еще 12 видов сверхпаразитов. Явление паразитизма, как и любой другой экологический феномен, возникло разными путями. С одной стороны, по-разному развиваются взаимные адаптации паразитов и хозяев в разных систематических группах организмов — классах и типах, с другой — различны направления эволюции, ведущие к возникновению разнообразных форм паразитизма. Первый подход к исследованию происхождения паразитизма конкретен. Он рассматривается при изложении материала по частной паразитологии в разделах, посвященных описанию характеристик типов и классов паразитических организмов и их экологических групп. Второй подход вскрывает общие закономерности перехода к паразитическому существованию вне зависимости от систематического положения организмов, занимающих новые экологические ниши. Наиболее просто объясняется происхождение эктопаразитизма. Один из путей к этому — через увеличение количества источников питания с последующей их сменой. Так, многие насекомые имеют колюще-сосущий ротовой аппарат, питаясь соками растений. Но питание за счет прокалывания ткани и всасывания жидкости и есть способ поглощения пищи всеми кровососущими членистоногими, ряд которых, потребляя кровь человека и теплокровных животных, продолжает пользоваться также и соками растений, s Другой путь, ведущий к эктопаразитизму, — хищничество. Активные хищники, осваивающие для питания все более крупные жертвы, становятся вначале временными, а затем и постоянными эктопаразитами за счет удлинения контактов с организмом хозяина. Так, многие пиявки, ведущие себя как хищники по отношению к мелким организмам, становятся паразитами более крупных животных, питаясь их кровью. Увеличение продолжительности питания — основное направление перехода от временного к постоянному эктопаразитизму. Действительно, из большого количества кровососущих форм членистоногих наиболее длительное питание на хозяине характерно именно для постоянных паразитов, степень контакта которых с хозяевами наиболее высока. Иной путь возникновения эктопаразитизма — через усиление контакта так называемых гнездовых паразитов с поверхностью тела хозяина. Животные, обитающие в убежище другого вида, могут питаться его перьями, волосами и отпадающими чешуйками кожного эпидермиса. Переход к постоянному обитанию на поверхности тела хозяина дает паразиту большие преимущества. Возможно, так возник паразитизм пухоедов, власоедов птиц и млекопитающих и группы клещей — обитателей эпидермиса животных и человека. Основная масса случаев эндопаразитизма в полостных органах, имеющих связь с внешней средой, представляет собой явление, развившееся в результате случайного заноса в организм цист, яиц или личинок свободноживущих видов, предварительно имеющих адаптации к обитанию в почве или в воде, содержащей избыток органического вещества. Примером является угрица кишечная, которая в своем развитии сохранила возможность обитать и размножаться как в почве, так и в организме человека. Возможен переход к паразитированию в одном хозяине после предварительной адаптации к обитанию в другом, служащем источником питания первого. Так, известен целый ряд гельминтов, которые, обитая в кишечнике рыбы, не перевариваются в пищеварительной системе хищников, съевших паразитов вместе с хозяином и продолжающих паразитировать в кишечнике или тканях уже нового вида. Не исключается и вариант перехода к полостному паразитизму видов, предварительно адаптированных к эктопаразитизму. Этим путем, вероятно, эволюционируют некоторые насекомые, большую часть цикла развития проводящие в ротовой полости птиц, но выходящие для размножения на перьевой покров их головы. Наиболее сложно и многообразно происхождение паразитов тканей внутренней среды. Один из путей — через изменение инстинкта откладки яиц и предварительных адаптации к эктопаразитизму. Таким путем, вероятно, произошел тканевой паразитизм личинок мух и оводов, откладывающих яйца на поверхности кожи и слизистых оболочек животных и человека. Личинки при этом вскоре погружаются под покровы и ведут типичный эндопаразитический образ жизни. Многие паразиты приспособились к обитанию в тканях после освоения полостных органов, связанных с внешней средой. Так, по-видимому, шла эволюция паразитизма у ленточных червей, у трихинеллы спиральной. В цикле развития этих паразитов имеются формы, обитающие как в кишечнике, так и в тканях. Некоторые паразиты внутренней среды возникли, вероятно, предварительно адаптировавшись к обитанию в пищеварительной системе членистоногих, а с переходом последних к гематофагии заселили новую и труднодоступную экологическую нишу — кровь и другие ткани мезодермального происхождения. Таким образом, путей перехода к паразитизму у разных видов животных много, но несомненным остается одно: паразитизм — явление вторичное. Об этом свидетельствует наличие в жизненных циклах многих, даже наиболее специализированных паразитов, свободноживущих стадий, рекапитулирующих свободный образ жизни предков.

93. Принципы взаимодействия паразита и хозяина на уровне особей. Пути морфофизиологической адаптации паразитов.

Переход к паразитическому образу жизни сопровождается появлением у паразитов ряда адаптации, облегчающих их существование, развитие и размножение в специфических условиях организма хозяина Разнообразие форм паразитизма, различное систематическое положение паразитов (их принадлежность к разным отрядам, классам и типам), а также обитание их в разных органах и системах хозяина обусловливают многообразие этих адаптации. Однако некоторые приспособления являются абсолютно универсальными. К ним в первую очередь относятся высокая плодовитость и особенности половой системы. Действительно, возможность оставления потомства и попадания его в благоприятную среду — организм хозяина — у паразитов часто ничтожна. В связи с этим интенсивность размножения паразитов по сравнению со свободноживущими формами гораздо более велика. Достигается это разными способами. У многоклеточных это сильная степень развития половой системы и образование огромного количества половых продуктов. Этому способствуют первичный гермафродитизм плоских червей, изначально высокая плодовитость круглых червей и основной массы членистоногих. Нередко высокая интенсивность полового размножения дополняется размножением личиночных стадий жизненного цикла. Особенно это характерно для сосальщиков, личинки которых размножаются партеногенетически, а у некоторых ленточных червей — внутренним или наружным почкованием. Некоторые паразиты из типа простейших приобретают способность к множественному делению — шизогонии, когда из одного паразита может образоваться более 1000 дочерних особей, или к спорогонии, в результате которой из одной особи могут образоваться десятки тысяч организмов следующего поколения. Практически у всех эктопаразитов и паразитов, обитающих в полостных органах, имеются адаптации для прикрепления к телу хозяина. Они встречаются у простейших (присасывательные диски лямблии), у гельминтов (присоски, шипики, крючья плоских червей, хитинизированный ротовой аппарат ряда круглых червей) и паразитических членистоногих (своеобразные конечности). Эндопаразиты, обитающие в полостных органах, имеют покровы, обладающие антиферментными свойствами, быстро регенерирующие либо вообще непроницаемые для ферментов хозяина. Паразиты, живущие в тканях, часто там инкапсулируются. Паразиты, питающиеся кровью (представлены в основном членистоногими), имеют колюще-сосущий ротовой аппарат, а также сильно растяжимый хитиновый покров, часто разветвленную пищеварительную трубку, антикоагулянтные свойства слюны и консервантные свойства ферментов пищеварительной системы. Эндопаразиты, активно отыскивающие хозяина, обладают органами ориентации в среде, используемыми для поисков хозяина (светочувствительные глазки, термо- и хеморецепторы), и органами передвижению. Передний конец тела паразитов, внедряющихся в организм хозяина, снабжен органами проникновения — специализированными железами, колющими стилетами и т.д. Это касается даже некоторых простейших, способных проникать в ткани хозяина через неповрежденные покровы. Все паразиты, развивающиеся со сменой хозяев, используют в качестве таковых виды, связанные между собой непосредственными пищевыми взаимоотношениями или обитающие с ними в одной среде. Большинство промежуточных хозяев являются источником питания для основных. Другой распространенный путь попадания паразита в организм хозяина — это использование многочисленных переносчиков, которые обеспечивают не только постоянную циркуляцию паразитов в экологических системах, но и их широкое расселение. Высшей степенью адаптации паразитов к хозяевам является наблюдаемая часто полная зависимость паразита от жизнедеятельности хозяев. При этом паразит нередко вызывает такие реакции хозяина, которые обеспечивают максимальную вероятность заражения последнего. Так, самки остриц, откладывая яйца в области анального отверстия, вызывают зуд. Расчесывание зудящих мест способствует распространению яиц этого паразита руками по окружающим предметам. Таким же образом обеспечивается расселение чесоточного клеща. Зуд в пораженной конечности, прекращающийся от соприкосновения с водой, способствует циркуляции в природе такого паразита, как ришта. Высокая температура больных паразитарными заболеваниями, распространяющимися с помощью кровососущих членистоногих, привлекает переносчиков нередко с больших расстояний и также оказывается полезной для паразитов. Нередко особенности жизнедеятельности паразитов оказываются синхронизированными с образом жизни хозяев. Так, откладка яиц шистосомами происходит обычно в самое жаркое время суток, когда наиболее вероятным оказывается контакт хозяев с водой, куда для развития должны попасть яйца этих паразитов. В это же время в поверхностных слоях воды скапливаются в поисках хозяев церкарии этих шистосом. Таким образом облегчается циркуляция паразита сразу на двух стадиях его жизненного цикла. Если в циркуляцию паразита включены несколько хозяев, то наблюдаются их взаимные адаптации, оказывающиеся выгодными паразитам и обеспечивающие его эффективное развитие. Так, выход микрофилярий в кровеносные сосуды человека происходит в часы суток, соответствующие периоду максимальной активности кровососущих насекомых, являющихся их переносчиками. Нередко паразиты даже модифицируют поведение одних хозяев таким образом, что в результате облегчается их попадание к другим. Так, рыбы, пораженные личинками ленточных червей, плавают в основном у поверхности воды и чаще вылавливаются рыбаками и хищными животными. Ленточные черви, использующие в качестве промежуточных хозяев копытных животных, снижают их жизнеспособность, и, таким образом, хищники поедают их в первую очередь. Сосальщики, заражающие травоядных животных и человека через случайное проглатывание насекомых, вызывают обездвиживание последних и плотное прикрепление к растениям, облегчающее им попадание в пищеварительный тракт хозяина. Одновременно с перечисленными признаками свойства паразитов переживать неблагоприятные условия внешней среды являются также несомненными адаптациями к паразитизму. Большинство простейших, заражение которыми происходит без участия переносчиков, во внешней среде способны инцистироваться. Яйца большинства гельминтов обладают феноменальной устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Капсулы с личинками трихинелл переносят не только промораживание, кипячение, но и многократное прохождение через пищеварительную систему рыб, земноводных, птиц, насекомых и ракообразных, не теряя жизнеспособности. Для большинства паразитов, переживших нахождение во внешней среде или в промежуточном хозяине в покоящихся стадиях и попавших в организм окончательного хозяина, существует комплекс условий, являющийся сигналом к началу активной жизнедеятельности. У млекопитающих он часто неспецифичен: это температура тела около 37°С, водная среда и высокая ее кислотность, а также наличие ферментов желудочного сока. Такие условия характерны для желудка любого млекопитающего, поэтому цисты, яйца и другие инвазионные стадии паразитов, обитающие у разных млекопитающих могут, попадая в желудок человека, начинать развитие. Некоторые из них проходят лишь часть цикла и, не находя специфических условий, гибнут, успевая, однако, привести к тяжелым последствиям. Различные факторы генетической и негенетической природы обусловливают различную чувствительность организма хозяина к паразиту. Среди негенетических факторов выделяют возраст, питание, гормональный статус, сопутствующие заболевания и особенности их лечения. У детей с нарушенным белковым питанием более тяжело протекают амебиаз, стронгилоидоз и пневмоцистоз, в то время как тропическая малярия — легче, причем такие дети почти никогда не умирают от церебральных ее форм. Люди, страдающие тяжелыми формами злокачественных опухолей, как правило, не заражаются висцеральным лейшманиозом. Железодефицитные анемии практически обеспечивают защиту человека от малярии, в то время как лечение препаратами железа сопровождается утяжелением течения этого заболевания. Злокачественные опухоли толстой кишки и женской половой системы утяжеляют течение амебиаза и трихомоноза. Запоры и все формы нарушения перистальтики кишечника способствуют утяжелению стронгилоидоза и аутоинвазии паразитом, его вызывающим. Поражение периферической нервной системы способствует протеканию чесотки в наиболее тяжелой форме. Все формы иммунодефицитных состояний (СПИД, лечение кортикостероидными гормонами и иммунодепрессантами) приводят к утяжелению течения большинства инвазионных заболеваний. Огромное значение в восприимчивости человека к паразитарным заболеваниям имеет его генетическая конституция. Люди с группой крови II (А) оказываются наиболее восприимчивыми к лямблиозу. В Западной Африке в человеческих популяциях отсутствуют люди с группой крови Duffy, причем в этом регионе крайне редко встречается возбудитель трехдневной малярии Plasmodium vivax. Показано, что восприимчивость человека к этому возбудителю зависит от наличия в крови антигена Duffy. Разные формы гемоглобинопатий (талассемии, серповидно-клеточная анемия и др.), а также дефицит эритроцитарного фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы обеспечивают устойчивость к малярии. Так, известно, что в эритроцитах людей, гетерозиготных по гену серповидно-клеточной анемии, развитие малярийных плазмодиев идет быстрее и это приводит к преждевременному образованию гаметоцитов, что способствует ускоренному выведению паразитов из крови. Не все рассмотренные примеры в настоящее время объяснены. Некоторые известны как эмпирические факты. Однако они убеждают в необходимости индивидуальной работы врача с больными паразитарными заболеваниями и делают необходимым дальнейшее изучение факторов восприимчивости человека к паразитам. Защитные действия хозяина против паразитарной инвазии обеспечиваются главным образом иммунными механизмами. Иммунные реакции хозяина возникают в ответ на действие антигенов двух разных типов: входящих в состав организма паразита и выделяющихся паразитами в окружающую среду. Антигены первого типа, кроме входящих в состав покровов, высвобождаются только после гибели паразитов. Они очень многообразны, но у многих, особенно родственных форм, часто бывают сходными. Поэтому антитела на эти антигены обладают слабой специфичностью. Антигены покровов разнообразны и специфичны. Часто они имеют гликопротеиновую природу и на разных этапах жизненного цикла паразитов могут меняться, поэтому выработка иммунитета к ним затруднена. Антигены второго типа специфичны. Это компоненты слюны кровососущих паразитов, ферменты, выделяющиеся различными железами гельминтов. Простейшие, обитающие вне клеток, покрываются антителами и в таком виде теряют свою подвижность. При этом облегчается их захват макрофагами. В некоторых случаях антитела обеспечивают агглютинацию (склеивание) паразитов, которые после этого гибнут. Внутриклеточные паразиты, обитающие в макрофагах, — лейшмании, токсоплазма — в случае активации макрофагов антителами могут перевариваться на месте пребывания. Против многоклеточных паразитов эти механизмы иммунной защиты не действенны. К неповрежденным покровам гельминтов антитела не прикрепляются. Иммунитет при гельминтозных заболеваниях поэтому частичный и действен в основном против личинок: мигрирующие личинки червей в присутствии антител замедляют или прекращают свое развитие. Некоторые типы лейкоцитов, в частности эозинофилы, способны прикрепляться к мигрирующим личинкам. Поверхность тела личинок при этом повреждается лизосомальными ферментами, что облегчает контакт тканей с антителами и часто приводит к гибели. Гельминты, прикрепляющиеся к стенке кишки, могут подвергаться воздействию клеточного иммунитета в слизистой оболочке. При этом перистальтика кишечника выбрасывает гельминтов во внешнюю среду. При многих паразитарных заболеваниях между хозяином и паразитом устанавливаются компромиссные взаимоотношения: хозяин адаптируется к обитанию в его организме небольшого количества паразитов, а их существование в организме хозяина создает состояние иммунитета, препятствующего выживанию личинок, вновь попадающих в организм больного. Такое состояние называют нестерильным иммунитетом. В сохранении нестерильного иммунитета хозяин заинтересован не только потому, что он предотвращает усиление степени инвазии: нередко в случае гибели паразита возникают серьезные тканевые реакции, способные привести хозяина к гибели. Примером таких реакций являются местные и общие осложнения после гибели личинок филярий в лимфатических узлах и в глазах, а также цистицерков свиного цепня в головном мозге. Пока паразиты живы, такие реакции вообще не проявляются. Поэтому во многих случаях система паразит — хозяин долгое время остается равновесной. Многие паразиты на протяжении эволюции выработали механизмы, позволяющие им ослаблять неблагоприятное влияние иммунитета хозяина. Поэтому длительные и повторные инвазии возможны только в случае снижения иммунитета хозяина. Многие простейшие обитают внутри клеток, что делает их малодоступными для антител хозяина. Кроме того, такие паразиты способны размножаться и расселяться по организму хозяина, не выходя даже за пределы клеток, потому что клетки хозяина, в которых они находятся, нередко сохраняют способность к делению и перемещению. Преимущества некоторым паразитам дает и локализация в тканевой жидкости, где концентрация антител обычно в 5 раз ниже, чем в плазме крови. На паразитов, обитающих в просвете кишечника, не действуют ни антитела плазмы крови, ни механизмы клеточного иммунитета. Некоторые взрослые гельминты покрыты толстой кутикулой, которая в неповрежденном виде почти не вызывает защитных реакций со стороны хозяина. Ряд паразитов находятся в тканях внутренней среды в инкапсулированном состоянии. В состав стенки капсулы входят как компоненты хозяина, так и паразита. В неповрежденном виде стенка такой капсулы почти непроницаема. Поэтому через нее не выходят антигены паразита и не проникают антитела хозяина. Некоторые паразиты прибегают к очень своеобразному средству защиты — антигенной маскировке. Они синтезируют поверхностные антигены, настолько сходные с белками хозяина, что организм не распознает их как чужеродные. Другие паразиты заимствуют антигены хозяина, включая и антигены групп крови, и, таким образом, также не воспринимаются хозяином как чужеродный материал. Иммунная защита против многоклеточных паразитов многократно усложняется многоступенчатостью их циклов развития, в которых каждая стадия может вырабатывать свой антигенный комплекс. К тому моменту, когда хозяин приобретает к нему иммунитет, паразит вступает в следующую стадию развития и меняет свой антигенный состав. Паразитические простейшие способны менять антигенную структуру своей оболочки, причем разными путями. Это может быть либо естественный отбор, формирующий возникновение популяций паразитов с новыми антигенными свойствами, как в случаях с малярийным плазмодием, либо, как у трипаносом, поочередная активация разных, но функционально сходных и родственных по происхождению генов, постоянно меняющих антигенную конституцию организма.

94. Вопросы экологической паразитологии. Популяционный уровень взаимодействия паразитов и хозяев. Типы, принципы регуляции и механизмы устойчивости систем "паразит-хозяин".

Популяции как хозяев, так и паразитов являются обязательными членами биогеоценозов, устойчивость которых зависит, в частности, от видового разнообразия живых организмов, входящих в их состав. Паразиты в экосистемах являются консументами второго и третьего порядков и играют существенную роль в биотическом круговороте веществ. Даже самые патогенные из них, вызывающие гибель большого числа особей хозяев, выступают, с одной стороны, как стабилизаторы численности хозяев, периодически изымая из популяций избыток организмов, который мог бы привести к нарушению экологического баланса. С другой стороны, наиболее тяжелое течение паразитарных заболеваний обычно наблюдается у особей с ослабленным иммунитетом, страдающих наследственными дефектами или с врожденной предрасположенностью к аллергическим реакциям. Гибель именно этих организмов оказывает на генетическую структуру популяций хозяина благотворную роль, элиминируя из его аллелофон-да аллели, снижающие жизнеспособность. Таким образом, взаимоотношения между популяциями хозяев и паразитов в условиях конкретных биогеоценозов способствуют их устойчивости и одновременно выступают как фактор естественного отбора, снижая неспецифический генетический груз популяции хозяина. Кроме того, утрата биогеоценозами наиболее восприимчивых к заражению паразитами особей хозяина сопровождается и уничтожением части паразитарной популяции, гибнущей вместе с ним. Это обеспечивает активизацию микроэволюционных процессов в оставшейся части популяции паразитов, способствуя в конечном счете появлению у них новых адаптации. В связи с социальностью человека в настоящее время паразитизм как фактор естественного отбора в человеческих популяциях значения практически не имеет. Однако целенаправленная борьба человека с паразитами, осуществляющаяся разными способами, несомненно является важным фактором эволюции самих паразитов. Изучение распределения паразитов в популяциях хозяина показало, что оно зависит от многих факторов. Одним из них является возраст хозяина. Ряд паразитов чаще встречаются у взрослых хозяев. Действительно, у взрослых организмов больше шансов прийти в соприкосновение со многими паразитами и быть инвазированными. Например, влагалищная трихомонада поражает только половозрелых людей потому, что передается только половым путем. Дифиллоботриозом и описторхозом человек заражается, поедая недостаточно термически обработанную рыбу. Такой путь заражения маловероятен для ребенка. Восточно-африканский трипаносомоз встречается чаще у людей среднего возраста — охотников, путешественников, участников геологоразведочных партий в необжитых саваннах Африки. Эта закономерность часто проявляется и у промежуточных хозяев: взрослые крупные рыбы имеют больше возможностей стать носителями метацеркарий сосальщиков или плероцеркоидов ленточных червей, чем мелкие молодые. Другие паразиты чаще встречаются у детей. Причины этого разнообразны. Во-первых, это связано с незрелостью иммунной системы детей, а во-вторых, с не отработанными еще навыками личной гигиены. Поэтому для детей характерен особый спектр паразитарных заболеваний, в заражении которых большое значение имеет состояние иммунитета, а инвазия осуществляется просто при проглатывании цист, яиц или личинок, без участия промежуточных хозяев. Это лямблиоз, энтеробиоз, гименолепидоз, аскаридоз. Более частому заражению детей способствует их тесный и продолжительный контакт друг с другом в детских учреждениях. На вероятность заражения также часто накладывает отпечаток профессия. Так, тениозом и тениаринхозом обычно заражаются работники мясокомбинатов, анкилостомидозами в умеренных широтах — шахтеры, а в тропиках — работники сельского хозяйства. Дифиллоботриозом чаще заражаются рыбаки, а альвеококкозом — охотники и лица, обрабатывающие меховое сырье. Некоторые паразиты, в первую очередь простейшие, а также острица, угрица кишечная, карликовый цепень и трихинелла, попав в организм человека, способны размножаться в нем. То же касается личинок сосальщиков и некоторых ленточных червей в промежуточных хозяевах. Все это способствует тому, что в популяциях хозяина паразиты распределяются не равномерно, а перерассеянно. Это означает, что в меньшей части популяции хозяина сосредоточена большая часть популяции паразита. Данная особенность имеет принципиальное значение для выживания хозяев, так как сводит к минимуму результаты массированных инвазий их паразитами, сохраняя основное ядро популяции интакт-ным. Перерассеянное распределение паразита в популяции хозяина необходимо учитывать при проведении профилактических мероприятий. Действительно, для выживания популяции паразита и передачи ее следующему поколению хозяев нередко важными оказываются лишь несколько особей или даже один организм, несущий в себе очень большое число паразитов.

95. Жизненные циклы паразитов. Чередование поколений и феномен смены хозяев. Промежуточные и основные хозяева. Понятие о био - и геогельминтах.

Онтогенез паразитов обычно бывает сложнее, чем развитие свобод-ноживущих видов. Действительно, свободноживущие организмы довольно легко преодолевают проблемы размножения и расселения, что значительно усложнено у паразитов. Поэтому большинство паразитов нередко развиваются со сложным метаморфозом, включающим много личиночных стадий, обитающих в разных средах и выполняющих разные функции: расселения, активного роста, пассивного ожидания попадания в другую среду обитания и иногда даже размножения. Совокупность всех стадий онтогенеза паразита и путей передачи его от одного хозяина к другому называют его жизненным циклом. Личинки могут вести как свободный, так и паразитический образ жизни. Хозяин, в котором обитают личинки паразита, носит название промежуточного. Значение промежуточных хозяев в циклах развития паразитов очень велико: они являются источниками заражения окончательных хозяев, часто выполняют расселительные функции, а иногда обеспечивают выживание популяций паразита в случае временного исчезновения окончательных хозяев. Иногда в цикле развития паразита последовательно сменяются два-три промежуточных хозяина и даже больше. Хозяина, в котором развивается и размножается половым путем половозрелая стадия паразита, называют окончательным или дефинитивным. Заражение его осуществляется либо при поедании промежуточного хозяина, либо при контакте с последним в одной среде обитания. Выделяют также понятие «резервуар паразита», или «резервуарный хозяин». Это такой хозяин, в организме которого возбудитель заболевания может жить долго, накапливаясь, размножаясь и расселяясь по окружающей территории. Наиболее часто резервуарами паразитов служат их дефинитивные хозяева. В том случае, когда продолжительность жизни промежуточного хозяина велика, а личинка в нем долго сохраняет жизнеспособность и иногда даже размножается, он также может выполнять роль резервуара. Продолжительность жизненного цикла разных паразитов очень сильно колеблется в зависимости от их систематического положения, видовой принадлежности и условий. Так, жизнь аргасовых клещей может продолжаться до 20 лет, кровяных сосальщиков — до 40, а детская острица и карликовый цепень живут не более 2 мес. Знание длительности онтогенеза паразитов необходимо для разработки мер профилактики паразитарных заболеваний. Расселение паразитов может происходить на разных стадиях их жизненного цикла. Расселение во времени обычно осуществляется покоящимися стадиями: развитие на этих стадиях приостанавливается до тех пор, пока не возникают новые условия, благоприятные для дальнейшего развития. Такими стадиями у простейших являются цисты, а у гельминтов — обычно яйца и иногда инкапсулированные личинки. Обычно покоящиеся стадии очень устойчивы к изменениям внешней среды. Так, яйца аскариды могут сохраняться жизнеспособными до 7 лет, а цисты дизентерийной амебы — до 7 мес. При попадании покоящейся стадии в благоприятного хозяина перемещение последнего способствует расселению паразита (часто далеко за пределы ареала его первоначального существования). Цисты, яйца и инкапсулированные личинки могут также разноситься ветром, водными потоками и животными — механическими переносчиками. Таким образом объясняется расширение ареалов распространения паразитов, не имеющих активных расселительных стадий в цикле развития. Многие паразиты, однако, имеют также свободноживущие подвижные стадии, служащие специально для расселения. Помимо расселения подвижные стадии часто выполняют функции поиска новых хозяев. Подвижный образ жизни промежуточных хозяев повышает вероятность контактов с окончательным хозяином. Перемещение окончательных хозяев, в которых обитают половозрелые паразиты, обеспечивает эффективное рассеивание цист, яиц и личинок паразитов по территории ареала. Паразиты попадают к хозяевам разными путями. Нередко хозяев заражают переносчики — обычно кровососущие членистоногие. Такой способ передачи возбудителя называют трансмиссивным. Существует два его варианта: инокулятивный и контаминативный. При первом возбудитель проникает в кровь хозяина через ротовой аппарат переносчика, при втором — выделяется переносчиком с фекалиями либо иным способом на кожу или слизистые оболочки и оттуда попадает в организм хозяина через рану от укуса, царапины, расчесы и т.п. Другой способ заражения — через промежуточных хозяев. В этом случае сам паразит не участвует в поисках хозяина, а промежуточный хозяин поедается окончательным. Столь же пассивно ведет себя паразит в случае заражения окончательного хозяина покоящимися стадиями — цистами, яйцами и инкапсулированными дичинками. Ряд паразитов внедряются в организм хозяина на стадии свободноживущих личинок через неповрежденную кожу и слизистые оболочки. При любом способе заражения не исключена возможность попадания паразита к неподходящему хозяину. При этом развитие паразита либо вообще невозможно, либо прерывается на начальных стадиях. Знание путей и способов проникновения паразитов в организм хозяина необходимо для разработки мер общественной и личной профилактики соответствующих заболеваний. Существует много путей выведения паразитов из организма хозяина. Так, паразиты, обитающие в пищеварительной системе, выделяют яйца, цисты или личинки с фекалиями. Живущие в мочеполовой системе — с мочой или содержимым влагалища, в легких — с мокротой. Паразиты внутренней среды обычно не покидают организм хозяина сами, а используют для расселения либо переносчиков, либо пассивно ожидают поедания хозяина другим хозяином.

Знание путей выведения паразитов или их покоящихся стадий из организма хозяина необходимо для правильной диагностики заболеваний. Действительно, если при постановке диагноза в одних случаях достаточно исследовать фекалии, мочу или мокроту больного с помощью микроскопа, то в других — приходится применять сложные иммунологические реакции или даже биопсию тканей больного.

96. Трансмиссивные и природно-очаговые заболевания. Понятие об антропонозах и зоонозах. Учение академика Е.Н. Павловского о природной очаговости паразитарных болезней. Биологические принципы борьбы с трансмиссивными и природно-очаговыми заболеваниями.

Большая группа паразитарных и инфекционных заболеваний характеризуется природной очаговостью. Для них характерны следующие признаки: 1) возбудители циркулируют в природе от одного животного к другому независимо от человека; 2) резервуаром возбудителя служат дикие животные; 3) болезни распространены не повсеместно, а на ограниченной территории с определенным ландшафтом, климатическими факторами и биогеоценозами. Компонентами природного очага являются: 1) возбудитель; 2) восприимчивые к возбудителю животные — резервуары: 3) соответствующий комплекс природно-климатических условий, в котором существует данный биогеоценоз. Особую группу природно-очаговых заболеваний составляют трансмиссивные болезни, такие, как лейшманиоз, трипаносомоз, клещевой энцефалит и т.д. Поэтому обязательным компонентом природного очага трансмиссивного заболевания является также наличие переносчика. Категорию заболеваний с природной очаговостью выделил акад. Е.Н. Павловский в 1939 г. на основании экспедиционных, лабораторных и экспериментальных работ. В настоящее время природно-очаговые заболевания активно изучают в большинстве стран мира. Освоение новых, незаселенных или малообжитых территорий приводит к открытию и новых, неизвестных ранее природно-очаговых заболеваний. Некоторые природно-очаговые заболевания характеризуются эндемизмом, т.е. встречаемостью на строго ограниченных территориях. Это связано с тем, что возбудители соответствующих заболеваний, их промежуточные хозяева, животные-резервуары или переносчики встречаются только в определенных биогеоценозах. Так, только в отдельных районах Японии расселены четыре вида легочных сосальщиков из р. Paragonimus. Расселению их препятствует узкая специфичность в отношении промежуточных хозяев, которые обитают только в некоторых водоемах Японии, а природным резервуаром являются такие эндемичные виды животных, как японская луговая мышь или японская куница. Вирусы некоторых форм геморрагической лихорадки встречаются только в определенных зонах Восточной Африки, потому что здесь расположен ареал их специфических переносчиков — клещей из р. АтЫуотта. Хорошо известными являются природно-очаговые заболевания, вызываемые лентецами р. Diphyllobothrium, распространенными в некоторых районах Сибири. Так, на оз. Байкал известно несколько видов ленточных червей, которые обычно паразитируют у чаек, заражающихся при проглатывании инвазированной рыбы, например байкальского омуля. Рыбы заражаются при поедании рачков, а те в свою очередь становятся промежуточными хозяевами гельминтов от фекалий птиц, попадающих в воду. Съев инвазированную рыбу, заболеть дифиллоботриозом может и человек. Существуют природно-очаговые заболевания, имеющие более широкий ареал. Так, в бассейне р. Оби и Иртыша, а также в некоторых других зонах Сибири и Восточной Европы распространено заболевание описторхоз, встречающееся у медведей, выдр, кошек, волков, лис, а также у человека. Возбудителем этого заболевания является кошачий сосальщик, расселение которого ограничивается, вероятно, комплексом природно-климатических факторов. Об этом свидетельствует то, что ближайший родственник этого паразита, сосальщик виверры, встречается только в Юго-Восточной Азии и не выходит за пределы этого региона, являясь, таким образом, компонентом восточно-азиатских тропических биогеоценозов. Небольшое количество природно-очаговых заболеваний встречается практически повсеместно. Это такие заболевания, возбудители которых, как правило, не связаны в цикле своего развития с внешней средой и поражают самых разнообразных хозяев. К заболеваниям такого рода относятся, например, токсоплазмоз и трихинеллез. Этими природно-очаговыми болезнями человек может заразиться в любой природно-климатической зоне и в любой экологической системе. Абсолютное же большинство природно-очаговых болезней поражает человека только в случае попадания его в соответствующий очаг (на охоте, рыбной ловле, в туристических походах, в геологических партиях и т.д.) при условиях его восприимчивости к ним. Так, таежным энцефалитом человек заражается при укусе инфицированным клещом, а описторхозом — съев недостаточно термически обработанную рыбу с личинками кошачьего сосальщика. Профилактика природно-очаговых заболеваний представляет особые сложности. В связи с тем, что в циркуляцию возбудителя бывает включено большое количество хозяев, а часто и переносчиков, разрушение целых биогеоценотических комплексов, возникших в результате эволюционного процесса, экологически неразумно, вредно и даже технически невозможно. Лишь в тех случаях, если очаги являются небольшими и хорошо изученными, возможно комплексное преобразование таких биогеоценозов в направлении, исключающем циркуляцию возбудителя. Так, рекультивация опустыненных ландшафтов с созданием на их месте орошаемых садоводческих хозяйств, проводящаяся на фоне борьбы с пустынными грызунами и москитами, может резко снизить заболеваемость населения лейшманиозами. В большинстве же случаев природно-очаговых болезней профилактика их должна быть направлена в первую очередь на индивидуальную защиту (предотвращение от укусов кровососущими членистоногими, термическая обработка пищевых продуктов и т.д.) в соответствии с путями циркуляции в природе конкретных возбудителей. Е.Н. Павловский выделил особую группу болезней, характеризующихся природной очаговостью. Природно-очаговыми называются болезни, связанные с комплексом природных условий. Они существуют в определенных биогеоценозах независимо от человека, но когда люди попадают в эти биогеоценозы, то могут подвергнутся заражению. Возбудители природно-очаговых болезней циркулируют среди диких животных и являются сочленами в естественных биогеоценозов. Существование очагов таких болезней обусловлено наличием трех групп организмов:Организмов, возбудителей болезни. ДОНОРОВ, организмов, являющихся хозяевами возбудителя, РЕЦИПИЕНТОВ, Организмов – переносчиков возбудителя болезни, если данное заболевание распространяется трансмиссивным путем. С позиции переносчика заболевания делятся на: Трансмиссивные: облигатно-трансмиссивные (обязательно нужен переносчик) клещевой и японский энцефалиты, кожный лейшманиоз, клещевой возвратный тиф, описторхоз, дифиллоботриоз, трихинеллез, клещевой сыпной тиф, желтая лихорадка, ящур инфекционная катаральная лихорадка овец, гидроперикардит, инфекционные энцефаломиелиты и инфекционная анемия лошадей, африканская чума лошадей, лихорадка долины Рифт, Найроби болезнь, шотландский энцефаломиелит овец, вирусный узелковый дерматит. факультативно-трансмиссивные (переносчик может быть, а может и не быть) туляремия, чума, сибирская язва, лихорадка Ку, холера, лихорадка паппатаси и др. септические инфекции. Нетрансмиссивные. Заражение при переливании крови, при инъекциях, гепатит B, D, C, лямблиоз.

97. Тип "Простейшие". Классификация. Характерные черты организации. Значение для медицины.

Организмы, тело которых состоит из 1 клетки, функционирующей как целый организм. Клетки способны к самостоятельному питанию, передвижению, защите от врагов и переживанию неблагоприятных условий. Как все осбеннности эукариот, так и специфические органеллы. Питание с помощью пищеварительных вакуолей, содержащих пищеварительные ферменты и связанных по происхождению с лизосомами. Осуществляется путем фаго- и пиноцитоза. Остатки непереваренной пищи выбрасываются наружу. Некоторые простейшие содержат хлоропласты. Большинство имеют органы передвижения. Пресноводные свободно живущие имеют органеллы, регулирующие водно-солевой баланс – сократительные акуоли. Размножение путем разных форм деления. Копуляция. Конъюгация. Как 1 ядро, так и несколько. Трофозоит – активно питающаяся и перемещающаяся. Циста – неподвижная форма жизненного цикла простейших, порытая плотной оболочкой и характеризующаяся замедленным процессом обмена веществ. Sarcodina. Flagellata. Infizoria. Sporozoa.

98. Дизентерийная амёба. Систематическое положение, морфология, цикл развития, обоснование лабораторной диагностики, профилактика.

Возбудитель амебиаза. Класс саркодина. Трофозоит и циста с 4 ядрами. Трофозоиты: малая вегетативная форма способна к передвижению, питается бактериями. Большая вегетативная форма заглатывает эритроциты, выделяет протеолитические ферменты. Тканевая форма способна быстро передвигаться с помощью псевдоподий. Заражение человека происходит через рот при заглатывании цист. Из цисты в просвете кишечника образуются 4 малые вегетативные формы. Переходит в большую вегетативную форму, разрушает слизистую толстого кишечника, в стенке превращается в тканевую, по кровеносным сосудам попадает в печень, мозг и другие органы. Разрушение слизистой толстого кишечника с образованием кровоточащих язв, отравление организма продуктами жизнедеятельности, поглощение эритроцитов и витаминов, нарушение водно-солевого баланса. Кровавая диарея, боли в животе по ходу начального отдела кишечника (правая подвздошная область. Осложнения: амебные процессы печени и легких, гнойные перитониты, воспалительные процессы кожи промежности. Микроскопическое исследование мазков фекалий, содержимого из дна язв.

99. Трихомонады, лямблии. Систематика, морфология, цикл развития, пути заражения, обоснование методов лабораторной диагностики.

Трихомонас вагиналис. Тело имеет овальную форму с заостренным длинным шипом на заднем конце. 5 жгутиков. Один жгутик идет вдоль ундулирующей мембраны. По середине тела проходит опорный стержень (аксостиль). В цитоплазме ядро и пищеварительные вакуоли. Заражение происходит при половых контактах, через нестерильный гинекологический инструментарий и перчатки. Поражает мочеполовые пути, вызывая воспалительные процессы. Цист не образует, разрушение слизистой мочеполовых путей, отравление организма продуктами жизнедеятельности, при остром течении наблюдаются зуд, жжение в мочеполовых путях, местный воспалительный процесс, неприятный запах, жидкие выделения зеленоватого цвета. Осложнения в виде уретрита и простатита. Обнаружение трофозоитов в нативных мазках содержимого из мочеполовых путей.

Лямблия интестиналис. Имеет грушевидную форму с заостренным задним концом. На переднем конце имеется 4 пары жгутиков. Есть 2 опорных стержня (аксостиля), разделяющих тело на 2 симметричные половины, имеющие по 1 ядру и по 1 присасывательному диску. Питание осмотическое, размножение бесполое (продольное деление надвое). Цисты овальной или округлой формы. Имеются 2 стадии: трофозоит и циста. Заражение происходит алиментарным путем при заглатывании цист лямблий. Эксцистирование происходит в двенадцатиперстной кишке. Обитает в верхнем отделе тонкого кишечника и в желчных ходах. Раздражение слизистой 12-перстной кишки, нарушение пристеночного пищеварения и всасывания, особенно жиров и жирорастворимых витаминов; отравление организма продуктами жизнедеятельности; поглощение питательных веществ и витаминов. Общее недомогание, снижение аппетита, тошнота, боли в правом подреберье и эпигастральной области, неустойчивый стул. Обнаружение трофозоитов в фекалиях или в дуоденальном содержимом.

100. Систематика, морфология и биология возбудителей лейшманиозов. Обоснование лабораторной диагностики и мер профилактики.

Лейшмания доновани – возбудитель висцерального лейшманиоза, тропика – кожного. Промастигота (имеет жгутик, отходящий от кинетопласта), амастигота (безжгутиковая округлая или овальная форма). Все возбудители морфологически сходны, но имеют биохимические и антигенные различия. Переносчики москиты рода Флеботомус, у которых паразиты размножаются в пищеварительном тракте и накапливаются в хоботке. В переносчике образуется промастигота. Заражение при укусе москитом. В организме основного хозяина теряют жгутик, превращаются в амастиготы, переходят к внутриклеточному паразитированию и интенсивно размножаются. Природные резервуары доновани – шакалы, собаки, грызуны; тропика – грызуны. Висцеральный вызывает доновани. Разрушение клеток печени, селезенки, увеличение лимфатических узлов, красного костного мозга, отравление организма продуктами жизнедеятельности, инкубационный период от нескольких недель до 6-8 месяцев. Лихорадка неправильного типа, слабость, головная боль, интоксикация, истощение, пигментация кожи, сыпь. Увеличение печени и селезенки, анемия. Обнаружение лейшманий в пунктатах костного мозга (грудина), лимфатических узлов, иногда печени и селезенки. Иммунологические методы исследований. Кожный лейшманиоз – тропика майор. Разрушение клеток кожи, отравление организма продуктами жизнедеятельности. Небольшие эритематозные бугорки через 2-6 недель после укуса. Позже формируется возвышающееся над кожей уплотнение, в центре которого образуется язва с приподнятыми краями (лейшманиома). Обнаружение лейшманий в мазках из одержимого язв.

101. Трипаносомы. Систематика, морфология, циклы развития, обоснование лабораторной диагностики, профилактика.

Относятся к типу жгутиковые, классу кинетопластиды, отряду трипоносаматиды. амастиготная форма — овальная или круглая, обычно встречается без жгутика, промастиготная форма — продолговатой формы, кинетопласт и кинетосома находятся в передней части клетки, эпимастиготная форма — продолговатой формы, кинетопласт и кинетосома находятся в задней части клетки, трипомастиготная форма — кинетопласт и кинетосома находятся сзади ядра, однако, в отличие от предыдущей формы, ундулирующая мембрана широкая и длинная, инвазивная или метацикличная форма — характерное отсутствие свободного жгутика.Тело изогнутое, сплющенное в одной плоскости, сужено на обоих концах, имеет жгутик, который идет по краю ундулирующей мембраны. У основания жгутика имеется кинетопласт. Питаются осмотически. Размножаются продольным делением надвое. Возбудители африканского трипаносомоза проходят стадии трипомастиготы и эпимастиготы. Первая часть жизненного цикла протекает в пищеварительном тракте мухи це-це. При сосании мухой крови трипомастиготы попадают в ее желудок. Здесь они превращаются в эпимастиготы, размножаются и накапливаются в слюнных железах (20 дней). При укусах мухами здоровых людей происходит заражение. Заражение крови также возможно при переливании крови и использовании нестерильных шприцов. Возможен и трансплацентарный путь. Вторая часть жизненного цикла в организме человека и резервуарных хозяев. Первые 9-10 трипомастиготы обитают в подкожной клетчатке, затем накапливаются в лимфатической системе, размножаются и через 20-25 дней поступают в кровь и разносятся во все ткани и органы. Преимущественная локализация – спинномозговая жидкость, откуда они попадают в мозг. Разрушение клеток и тканей пораженных органов, отравление организма продуктами жизнедеятельности. Инкубационный период – 1-3 нед, 2 года. Трипаносомозный шанкр в месте укуса, увеличение лимфатических узлов на задней поверхности шеи, повышение температуры, слабость, истощение, позже: сонливость, прогрессирующее слабоумие, сопорозное и коматозные состояния. При гамбийском варианте – прогрессирующий энцефалит (сонная болезнь), При гамбийском – 6-10 лет, родезийское – несколько месяцев. Обнаружение трипаносом в мазках периферической крови, пунктатах лимфатических узлов, спинномозговой жидкости. Иммунологические реакции. Возбудитель болезни Шагаса паразитирует у человека и многих млекопитающих, которые являются природными резервуарами возбудителя. Специфические переносчики – поцелуйные клопы р. Triatoma. 3 стадии: трипомастигота, эпимастигота, амастигота. При сосании крови больного трипомастиготы попадают в кишечник клопов, превращаются в эпимастиготы, размножаются, превращаются в трипомастиготы и через некоторое время выделяются с его экскрементами. При попадании на поврежденную кожу, трансплацентарно, трансфузионно, с молоком матери. В организме проникают в клетки слизистых оболочек и кожи, превращаются в амастиготы, размножаются. Через 1-2 недели в трипомастиготы, выходят в кровяное русло, инвазируют клетки различных органов, где цикл повторяется. Разрушение клеток и тканей пораженных органов, отравление организма продуктами жизнедеятельности. Инкубационный период – 7-14 дней. Гиперемия и отек, через 1-2 недели лихорадка, головная боль, отек лица, боли в области сердца, признаки сердечной недостаточности. Осложнения: менингоэнцефалит, поражения ВНС, сердца, печени, селезенки, кишечника, почек, надпочечников. Обнаружение в мазках крови, спинномозговой жидкости, пунктатах лимфатических узлов, селезенки, костного мозга. Иммунологические реакции.

102. Малярийные плазмодии. Систематическое положение, морфология, цикл развития, видовые отличия. Борьба с малярией. Задачи противомалярийной службы на современном этапе.

Возбудители малярии человека относятся к отряду Haemosporidia роду Plasmodium. Их известно 4 вида: Plasmodium vivax – возбудитель трехдневной малярии. _{Plasmodium ovale – возбудитель малярии типа трехдневной (малярии овале).} Plasmodium falciparum – возбудитель тропической малярии. Plasmodium malaria – возбудитель четырехдневной малярии. Малярия встречается в странах с тропическим и субтропическим климатом. Человек для возбудителей малярии является промежуточным хозяином, а самки малярийных комаров – основным. Заражение человека происходит при укусе самкой комара р. Anop heles, которая вместе со слюной вводит в кровь спорозоиты малярийного плазмодия. Током крови спорозоиты заносятся в клетки печени, селезенки, эндотелий кровеносных кровеносных капилляров, где превращаются в тканевые шизонты. Шизонты растут и через 5 – 16 дней проходит их множественное деление (шизогония) и образуются тканевые мерозоиты. Все эти стадии развития в организме человека называют тканевой (предэритроцитарной) шизогонией, соответствующей инкубационному периоду болезни. Тканевые мерозоиты разрушают клетки, поступают в кровь и внедряются в эритроциты. Начинается цикл эритроцитарной шизогонии. Мерозоит, проникший в эритроцит, называется эритроцитарным (кровяным) шизонтом. Через 2-3 часа после внедрения в центре шизонта образуется вакуоль, оттесняющая к периферии цитоплазму и ядро. Шизонт приобретает форму перстня и называется кольцевидным. Питаясь гемоглобином эритроцитов, шизонты растут, образуют псевдоподии и превращаются в амебовидные шизонты. Они продолжают питаться, расти, втягивают ложноножки, округляются, их ядро многократно делится (на 6-24 части) и вокруг ядер обособляются участки цитоплазмы. Такая стадия называется морулой. Образовавшиеся в результате эритроцитарной шизогонии клетки называются кровяными мерозоитами. Оболочка эритроцита разрушается и в плазму крови выходят мерозоиты и продукты их обмена. Этот процесс называется меруляцией. В это время у больного человека начинается приступ малярии. Часть кровяных мерозоитов вновь проникает в эритроциты и пов- торяет весь цикл эритроцитарной шизогонии, который может проходить мно- гократно. Продолжительность эритроцитарной шизогонии составляет 48-72 часа в зависимости от вида плазмодия. Другая часть мерозоитов, попав в эритроциты, превращается в незрелые половые клетки – гамонты (микро- и макрогаметоциты), дальнейшее развитие которых (гаметогония )может происходить только в теле комара. При питании кровью больного человека, микрогаметоциты и макрогаметоциты попадают в желудок самки малярийного комара, где они созревают и превращаются в зрелые половые клетки – микро-и макрогаметы. Далее происходит их слияние с образованием подвижной зиготы (оокинеты). Она активно внедряется в стенку желудка, проникает на его наружную поверхность, покрывается защитной оболочкой и превращается в ооцисту. Ооциста увеличивается в размерах, содержимое ее многократно делится, в результате чего образуется большое количество (до 10 000) лентовидных спорозоитов. Процесс их образования называется спорогонией. Оболочка созревшей ооцист разрывается, спорозоиты попадают в полость тела комара и гемолимфой заносятся во все органы, скапливаясь преимущественно в слюнных железах. При укусах такими самками здоровых людей происходит их заражение малярией (трансмиссивный путь).Заражение малярией возможно также при переливании крови и трансплацентарно. В этом случае инвазионной стадией для человека является эритроцитарный шизонт, поэтому такая малярия называется шизонтной. Патогенное действие. Механическое (разрушение эритроцитов и клеток печени).Токсико-аллергическое (отравление организма продуктами жизнедеятельности). Питание за счет организма хозяина (поглощение гемоглобина) и нарушение обменных процессов. Характерные симптомы: чередующиеся через определенное время приступы лихорадки. Приступ длится 6-12 часов, в нем можно выделить 3 фазы: озноб, жар, пот. Приступ начинается с озноба, продолжительностью от 0,5 до 2-3-х часов. Затем наблюдается быстрое повышение температуры до 40-41⁰С. Убольных появляются сильный жар и симптомы интоксикации. Через 6-8 часов (при тропической малярии позднее) температура тела резко падает до 35-36^ОС, появляется обильное потоотделение, уменьшается интоксикация, улучшается самочувствие больных. При трехдневной малярии приступы повторяются через 48 часов, а при четырехдневной – через 72 часа. Это связано с тем, что продолжительность эритроцитарной шизогонии для Plasmodium vivax, Plasmodium ovale и Plasmodium falciparum – составляет 48 часов, а для Plasmodium malaria – 72 часа.Также у больных наблюдается увеличение печени и селезенки (здесь разрушаются пораженные эритроциты).Заболевание сопровождается анемией (малокровием), которая проявляется слабостью, бледностью кожных покровов, головокружениями, снижением артериального давления.Трехдневная и четырехдневная малярия в умеренном климате характеризуются доброкачественным течением. Тропическая малярия протекает наиболее тяжело и является причиной летальных исходов (до 98% всей летальности от малярии). У больных могут развиться осложнения: малярийная кома, острая почечная недостаточность. Основными причинами осложнений являются: способность возбудителя поражать все возрастные формы эритроцитов; большое количество (до 60 000) кровяных мерозоитов, последовательно образующихся из одного тканевого шизонта; эритроцитарная шизогония происходит не в крупных кровеносных сосудах, как у других видов плазмодиев, а в капиллярах внутренних органов (головного мозга).Лабораторная диагностика:обнаружение паразитов вкрови (толстая капля, мазок). Кровь рекомендуется брать во время приступа или сразу же после него.

• у Plasmodium vivax выражена стадия амебовидного шизонта,

• эритроциты, пораженные Plasmodium ovale, увеличены и имеют неправильную форму с разорванными бахромчатыми краями,

• для Plasmodium falciparum характерна стадия полулунного гамонта,

• для Plasmodium malaria характерна стадия лентовидного шизонта.

Для диагностики малярии также используются иммунологические методы (определение антител в сыворотке крови больных).

103. Токсоплазма. Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения, обоснование методов лабораторной диагностики и профилактики.

Toxoplasma gondii – представитель класса Споровики, отряда Кокцидии. Она является возбудителем токсоплазмоза. Заболевание распрост- ранено повсеместно. От 6 до 90% людей в различных регионах имеют ан- титела к токсоплазме, в среднем инвазировано 30% жителей Земли.Морфологические особенности: трофозоит (вегетативная стадия) имеет полулунную форму, размеры 4-7 х 2-4 мкм. Один его конец заострен, другой закруглен. Тело покрыто двумя мембранами. Цитоплазма гомогенна, в ней расположены органоиды. Ядро крупное. На заостренном конце токсоплазмы есть коноид, служащий для прикрепления паразита к клетке хозяина. Основные хозяева представители семейства Кошачьих (домашняя кошка, рысь и др.). Промежуточные хозяева – все млекопитающие (включая человека), птицы и рептилии .Основные хозяева заражаются при поедании пораженных мышевидных грызунов. Трофозоиты проникают в эпителиальные клетки пищеварительного тракта, где происходит шизогония с образованием мерозоитов. Часть мерозоитов преобразуется в микрогаметы и макрогаметы. В результате слияния гамет (копуляция) образуются ооцисты (истинные цисты). Ооцисты выделяются с фекалиями во внешнюю среду, где при благоприятных условиях через 1-5 дней в каждой ооцисте образуются две спороцисты с четырьмя спорозоитами. Они становятся инвазионными и могут сохранять жизнеспособность во внешней среде несколько лет. Ооцисты со спорозоитами попадают в организм промежуточного хозяина через рот (так чаще всего заражаются дети дошкольного и младшего школьного возраста). В нижних отделах тонкого кишечника спорозоиты внедряются в эпителиальные клетки, где превращаются в трофозоиты и размножаются путем деления надвое. С током лимфы они попадают в кровь и проникают в клетки печени, селезенки, лимфатических узлов, нервной системы, глаз, скелетных мышц, миокарда и др. Здесь они интенсивно размножаются, заполняя почти всю цитоплазму клетки. Скопление трофозоитов, покрытых клеточной мембраной, образует тканевую цисту (псевдоцисту). Оболочка этих цист может разрываться, и трофозоиты, выходя из них, внедряются в соседние клетки. В тканевых цистах трофозоиты жизнеспособны десятки лет и при хроническом течении заболевания цисты могут покрываться дополнительной соединительнотканной оболочкой. Такое же образование цист, помимо полового процесса, происходит и у основного хозяина (кошки). Поэтому инвазионной стадией, помимо спорозоита, может быть и трофозоит находящийся в тканевой цисте. В этом случае заражение человека (промежуточного хозяина) может произойти алиментарным или контактно-бытовым путями от другого промежуточного хозяина (крупный и мелкий рогатый скот, свиньи, куры, утки и др.). Источники инвазии: кошки, выделяющие во внешнюю среду ооцисты со спорозоитами; дикие и домашние животные, птицы и человек, выделяющие тканевые цисты с трофозоитами в слюне, носовой слизью, околоплодных водах, сперме, фекалиях, молоке; мясо домашних и диких животных и птиц. алиментарный – через загрязненную пищу животного происхождения (мясо, молоко, яйца).контактный – при контактах с кошками (загрязнение рук ооцистами), через поврежденную кожу и слизистые при обработке шкур инвазированных животных. аэрозольный или воздушно-капельный (токсоплазмы обнаруживаются в носоглоточной слизи, слюне, есть легочные формы заболевания).трансплацентарный; частота передачи токсоплазм плоду составляет около 27%; частота врожденного токсоплазмоза составляет 0,7-7,5 на 1000 новорожденных. Механическое (повреждение клеток, кровоизлияния в серозные оболочки, некротические очаги в печени, селезенке, головном мозге). Токсико-аллергическое (отравление организма продуктами жизнедеятельности). Характерные симптомы. Приобретенный токсоплазмоз протекает доброкачественно, чаще бессимптомно. Клиническое проявление встречается у людей с ослабленным иммунитетом. Заболевание протекает с симптомами хронической интоксикации.(длительное повышение температуры до 37,3-37,5^оС, слабость, вялость, снижение аппетита, головная боль, снижение памяти и др.), увеличиваются периферические лимфатические узлы (шейные, затылочные, паховые). Клиника острого токсоплазмоза характеризуется выраженной общей интоксикацией, лихорадкой, увеличением печени и селезенки, развитием миокардита. Появляются сыпь и тяжелые поражения центральной нервной системы (энцефалит). Врожденный токсоплазмоз. При заражении в первые месяцы беременности часто наблюдаются самопроизвольные выкидыши или мертворождения. При более позднем заражении нарушается развитие головного мозга плода (гидроцефалия), развиваются менингоэнцефалиты, иногда –воспаление оболочек глаза, желтуха, увеличение печени и селезенки. Лабораторная диагностика: иммунологические методы (определение антител в крови больных людей). Иногда удается обнаружить паразитов в мазках крови, пунктатах лимфатических узлов и спинномозговой жидкости.

104. Тип "Плоские черви". Классификация. Характерные черты организации. Медицинское значение.

Тип Плоские черви - Platyhelminthes - (от греч. platys – плоский, helmins, helminthos – червь). Двусторонне симметричные животные с более или менее выраженными передним (головным) и задним (хвостовым) концами тела, спинной (дорсальной) и брюшной (вентральной) сторонами, продольными нервными стволами и зачатками головного мозга. Билатеральные трехслойные без вторичной полости. На переднем конце, который при поступательном движении первым соприкасается с новой обстановкой, сосредоточены различные органы чувств. Промежутки между органами заполнены паренхимой. Наружные покровы представлены мягким эпидермисом; скелет, кровеносная и дыхательная системы отсутствуют. Тело уплощено в спинно-брюшном направлении. Имеются передний и задние концы тела. Снаружи тело покрыто кожно-мускульным мешком. Пищеварительная система состоит из двух отделов – эктодермальной глотки и энтодермальной средней кишки. Задней кишки и анального отверстия нет. У паразитов кишечник может вторично отсутствовать (у цестод). Органы выделения – протонефридии. Нервная система – ортогон, состоит из парного мозгового ганглия и отходящих от него нескольких пар продольных стволов (коннективов), соединенных поперечными (кольцевыми) тяжами – комиссурами. Органы чувств развиты у свободноживущих. Кровеносная и дыхательная системы отсутствуют. Свободноживущие дышат через кожу всей поверхностью тела, эндопаразиты – анаэробным способом. Половая система гермафродитная. Развитие прямое или с метаморфозом, у эндопаразитов очень сложное, часто с представленностью нескольких партеногенетических поколений. Пищеварительная система несквозная – без анального отверстия, а иногда полностью редуцирована; вторичной полости тела (целома) нет. Выделение продуктов распада происходит при помощи «пламенных» клеток в виде замкнутых на одном конце трубочек с пучком бьющих внутри ресничек, которые гонят жидкость к выделительным канальцам и далее к выводным отверстиям. Нервная система состоит из передней пары ганглиев (скоплений нервных клеток) и связанных с ними нервных стволов, тянущихся вдоль тела. Большинство гермафродиты, т.е. у каждой особи присутствуют мужские и женские гонады (семенники и яичники) и соответствующие им выводные протоки. Оплодотворение внутреннее. Характерный признак многих групп плоских червей – наличие разного рода прикрепительных механизмов – «липучек», присосок, крючьев и т.п. Обычно это приспособления к паразитическому образу жизни. Выделяют три класса.

105. Общая характеристика класса Trematoda. Трематодный цикл развития.

Известно около 3000 видов сосальщиков. Все сосальщики — паразитические организмы. В своем строении они сходны с ресничными червями, а отличия их в основном связаны с паразитическим образом жизни. Для сосальщиков характерно прохождение сложных жизненных циклов. Половозрелая гермафродитная стадия сосальщиков носит название мариты. Тело мариты сплющено в виде листочка. Рот расположен терминально на переднем конце тела и вооружен мощной мускулистой присоской. Кроме этой присоски, существует еще одна на брюшной стороне, которая служит для прикрепления к органам хозяина. Покровы тела и аппарат движения. Стенку тела трематод составляет кожно-мускульный мешок. До недавнего времени считалось, что тело сосальщиков покрыто плотной кутикулой. Однако с помощью электронного микроскопа обнаружено, что наружный покров их представляет собой тегумент. Он состоит из слоя клеток, слившихся между собой так, что образовалась общая масса протоплазмы (синцитий). Наружная часть тегумента – это безъядерная цитоплазма, содержащая большое число митохондрий. Глубокая внутренняя часть тегумента содержит ядра. Под тегументом находится базальная мембрана, за которой расположена гладкая мускулатура, состоящая из кольцевых, продольных и диагональных мышечных волокон. Пищеварительная система. Ротовое отверстие ведет в мускулистую глотку, представляющую собой мощный сосущий аппарат. За глоткой следует пищевод и обычно разветвленный, слепо заканчивающийся кишечник.Нервная система состоит из окологлоточного нервного кольца, и отходящих от него трех пар нервных стволов, из которых лучше развиты боковые. Нервные стволы связаны между собой перемычками. Благодаря этому нервная система напоминает решетку. Выделительная система представлена мощно развитыми протонефридиями. Центральный выделительный канал проходит по середине тела. Половая система.Все сосальщики — гермафродит Мужская половая система состоит из пары семенников, двух семяпроводов, сливающихся в семяизвергательный канал и копулятивного органа (циррус). Женская половая система устроена сложно. Яичник, желточники, семяприемник открываются в оотип, где совершаются оплодотворение и окончательное формирование оплодотворенных яиц. Из желточников поступает питательный материал для яиц. Сюда же попадают выделения специальных желез — телец Мелиса. Из оотипа яйца перемещаются в матку и выводятся наружу через половое отверстие. У некоторых сосальщиков оплодотворение происходит в семяприемнике. Осеменение обычно перекрестное. Реже наблюдается самоосеменение.Для сосальщиков характерны определенная специализация и упрощение в строении некоторых органов, обусловленное паразитическим образом жизни. Специализация проявляется наличием присосок, шипов, крючьев и других образований на поверхности тела, мощным развитием половых органов, прохождением сложных жизненных циклов и интенсивным размножением на различных стадиях жизненного цикла. Морфологическая дегенерация (упрощение организации) выражается в отсутствии органов чувств у половозрелых форм, являющихся эндопаразитами. Сложные жизненные циклы сосальщиков связаны с прохождением ряда стадий. На этих стадиях осуществляется половое размножение, как с оплодотворением, так и без него, т. е. партеногенетически, что обеспечивает огромное число потомков, необходимое для поддержания существования вида. Сосальщики произошли, по-видимому, от ресничных червей, перешедших к паразитическому образу жизни. У человека и домашних животных паразитируют несколько видов сосальщиков. Заболевания, вызванные ими, носят общее название трематодозов. Жизненный цикл трематод сложен, так как связан со сменой хозяев и чередованием поколений. В обобщенном, наиболее типичном случае он протекает следующим образом. Гермафродитный половозрелый сосальщик (называемый маритой) паразитирует в кишечнике или в других внутренних органах позвоночного животного. Откладываемые им яйца выводятся из организма хозяина наружу, чаще всего с экскрементами. Для дальнейшего развития яйца должны попасть в воду. В воде из яйца выходит личинка - мирацидий, сплошь покрытая мерцательным эпителием. Мирацидий снабжен двумя глазками, мозговым ганглием и парой протонефридиев. В задней части его тела лежат особые зародышевые клетки, или партеногенетические яйца (т. е. яйца, способные развиваться без оплодотворения). В передней трети тела мирацидия находится большая железа, цитоплазма которой заполнена зернистым секретом. Протоки этой железы открываются на вершине небольшого мускулистого хоботка, расположенного на переднем конце тела личинки. Мирацидий не питается и живет за счет запасов гликогена, накопленного во время эмбрионального развития. Некоторое время мирацидий плавает в воде. Для дальнейшего развития он должен попасть в тело промежуточного хозяина, роль которого выполняют разные, главным образом брюхоногие моллюски (улитки). С помощью хоботка мирацидий вбуравливается в тело улитки и проникает в ее внутренние органы. Важную роль в осуществлении этого процесса играет секрет личиночной железы, разрушающий ткани хозяина. Мирацидий сбрасывает реснички и превращается в спороцисту - бесформенный неподвижный мешок. Это половозрелая стадия, способная к размножению. Таким образом, мирацидий представляет собой не что иное, как личинку спороцисты. Заключенные в теле последней партеногенетические яйца начинают дробиться, давая начало зародышам следующего, дочернего, поколения - редиям. Редия отличается от спороцисты подвижностью, присутствием короткого мешковидного кишечника и особого отверстия на теле, служащего для выхода нового поколения зародышей, образующихся из партеногенетических яиц внутри редии. Спороциста лопается и гибнет, а редии выходят из нее, но остаются в той же улитке. Далее, тем же способом, как внутри спороцисты образовались редии, внутри последней из отдельных зародышевых клеток развивается новое поколение - церкарии. Церкария - личинка гермафродитной особи (мариты) уже похожа на нее во многих отношениях: имеет присоски, вилообразный кишечник, мозг и выделительную систему. Главное отличие ее - это присутствие на заднем конце тела длинного мускулистого и подвижного хвоста. У некоторых видов трематод церкарии обладают еще и другими временными органами: парой глазков, группой одноклеточных желез, называемых железами проникновения, и острой иглой, или стилетом, расположенным на переднем конце тела. Церкарии выходят через отверстие на теле редии, а затем и из улитки в окружающую воду, где оживленно плавают при помощи движений хвоста. Подобно мирацидиям, они не питаются и живут лишь за счет накопленных запасов. Дальнейшая судьба этих личинок может быть различной. Церкарии огромного большинства видов трематод должны попасть в тело второго промежуточного хозяина. Это могут быть личинки водных насекомых, разные виды моллюсков, рыбы, головастики и т. п. С помощью стилета церкарии повреждают покровы хозяина и изливают в ранку секрет желез проникновения. Секрет разрушает ткани хозяина и облегчает тем самым возможность внедрения церкарии внутрь его тела. Церкарии отбрасывают хвост и стилет и, поселившись во внутренних органах хозяина, одеваются тонкой прозрачной оболочкой - инцистируются. Эта стадия развития является покоящейся стадией и называется метацеркарией. Ее дальнейшее развитие и превращение в гермафродитную половозрелую особь возможно лишь в том случае, если второй промежуточный хозяин будет съеден каким-нибудь более крупным позвоночным животным, в кишечнике которого метацеркария высвобождается из оболочки и заканчивает свое развитие.

106. Печёночный сосальщик. Систематическое положение, цикл развития, пути заражения, обоснование методов лабораторной диагностики и профилактики.

Биогельминт, возбудитель фасциолеза. Форма тела листовидная, 3-5 см. На конусовидно вытянутой передней части тела присоски – ротовая и брюшная. Каналы кишечника сильно разветвлены. За брюшной присоской многолопастная матка, под ней – ветвистый яичник, по бокам тела – многочисленные желточники, всю среднюю часть занимают ветвящиеся семенники. Основные хозяева – травоядные животные, человек. Промежуточные – Limnea truncatula. Марита – яйцо – мирацидий – спороциста – редия – церкарий – адолескарий. Животные заражаются, проглатывая адолескариев с травой или водой. При питье из стоячих водоемов, плохо промытых овощей или зелени. В кишечнике основного хозяина оболочка адолескария растворяется, паразиты проникают в печень через сосуды воротной вены, либо через стенку кишечника в брюшную полость, а оттуда – в печень. Разрушение стенок печени и закупорка желчных ходов, цирроз, отравление организма продуктами жизнедеятельности, поглощение питательных веществ, эритроцитов, витаминов, лейкоцитов. Инкубационный период – 1-8 недель. Боли в эпигастральной области, правом подреберье, тошнота, рвота, пожелтение склер, расстройство стула, слабость, головная боль. Затем зуд, аллергическая сыпь, лихорадка.Печень увеличенная, плотная, болезненная. Гнойный холангит, абсцесс печени, механическая желтуха. Обнаружения яиц в фекалиях или дуоденальном содержимом. Яйца крупные, овальные, на одном из полюсов имеется крышечка, иммуенологические исследования. Транзитные яйца.

107. Кошачий сосальщик. Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения, обоснование методов лабораторной диагностики и профилактики. Очаги описторхоза.

Opisthorchis felineus, возбудитель описторхоза. Цвет тела бледно-желтый, длиной около 10 мм. В середине тела рассоложена петлеобразно извитая матка, за ней округлый яичник и бобовидный семяприемник. В задней части тела находятся 2 розеткообразных семенника, между которыми виден S-образно изогнутый центральный канал выделительной системы. Каналы средней кишки не ветвятся: между ними и краем тела расположены желточники. Основные хозяева – человек, кошка, собака и другие рыбоядные животные, первый промежуточный хозяин – пресноводный моллюск Dethynia leachi, второй – рыбы. Марита – яйцо – мирацидий – спороциста – редия – церкарий – метацеркарий. Заражение человека происходит при употреблении в пищу недостаточно термически обработанной рыбы, в которой находятся метацеркарии. Метацеркарии устойчивы к замораживанию: до -3-12 они погибают через 25 дней. К гибели приводит быстрое замораживание при -30-40. При интенсивном посоле через 8-10 суток. Мариты в печени и поджелудочной железе. Повреждение присосками стенок желчных протоков и их хакупорка, поражение печени и поджелудочной, атрофия долек печени, фиброз этих органов. Отравление организма продуктами жизнедеятельности, поглощение питательных веществ и витаминов, мутагенное. Сильные боли по ходу желчных протоков и проекции желчного пузыря, в правом подреберье, снижение аппетита, тошнота, рвота, нарушение аппетита, расстройство стула, слабость, головная боль, увеличение печени. Хронически дискинезия желчевыводящих путей, холангит, холецистит, панкреатит. Обнаружение яиц описторка в фекалиях или дуоденальном содержимом. Яйца желтовато-коричневого цвета, овальные, слегка суженные к полюсу, на котором крышечка. Иммунологические.

108. Ланцетовидный сосальщик. Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения, обоснование методов лабораторной диагностики, профилактика.

Ланцетовидная двуустка паразитирует в печеночных протоках у сельскохозяйственных животных (крупный рогатый скот, овцы) и редко у человека. Ланцетовидная двуустка беловатого цвета, имеет удлиненное тело, суженное к концам (ланцетовидная форма); задний конец более округлой формы, передний – более заострен. Длина паразита 5–15 мм, ширина 1,5–2,5 мм.Пищеварительная система начинается ротовым отверстием, переходящим в мускулистую глотку, затем короткий пищевод. От пищевода отходят две ветви кишечника. Кишечник неветвяпшйся, заканчивается слепо в задней части тела. Ротовое отверстие окружено ротовой присоской; вторая присоска находится на брюшной стороне несколько ниже (примерно в первой четверти тела). Парные семенники неправильно овальной формы расположены под брюшной присоской. За семенниками лежит яичник округлой формы и трубчатая матка. Петлеобразно изогнутая матка заполняет всю заднюю часть тела. Желточники расположены по бокам тела. Яйца овальной формы с маленькой крышечкой на одном из полюсов, коричневого цвета. Размер яиц: длина 38–45 µ, ширина 22–30 µ.Развитие протекает со сменой хозяев. Промежуточный хозяин – наземные моллюски, окончательным хозяином являются главным образом мелкий и крупный рогатый скот, а также человек. Цикл развития. В яйце, попадающем в организм промежуточного хозяина (наземного моллюска), имеется уже в определенной стадии развития личинка. В организме моллюска из яйца выходит мирацпдий, проникает в печень моллюска и превращается в спороцисту первого порядка. Внутри спороцисты образуется множество спороцист второго порядка. В спороцисте второго порядка развиваются церкарии с характерными признаками – буравящим стилетом и длинным хвостом. Выходя из спороцист, церкарии активно проникают в капилляры легкого моллюска, где инцистируются, склеиваются по нескольку, образуя «сборные цисты».При дыхательных движениях моллюска сборные цисты выбрасываются во внешнюю среду и вместе со слизью остаются на поверхности растений, по которым ползает моллюск.3аражение. Животные, поедая траву, проглатывают с ней и сборные цисты; в двенадцатиперстной кишке животных из цист выходят молодые двуустки, которые мигрируют в дальнейшем в печень. К человеку сборные цисты ланцетовидной двуустки могут попасть также с травы (например, при привычке держать во рту траву). Диагностика. Диагноз ставится на основании обнаружения яиц ланцетовидной двуустки в испражнениях человека; следует помнить о том, что в фекальных массах могут находиться «транзитные» яйца.

109. Шистосомы. Систематическое положение, морфология, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, профилактики.

S. haematobium, mansoni, japomicum. Раздельнополы, к самца тело шире и короче, молодые особи живут раздельно, затем соединяются попарно. Для этого на брюшной стороне самца имеет желобок – гинекофорбный канал, в котором помещается самка. Самцы имеют развитую брюшную присоску, обеспечивающую надежную фиксацию к стенкам сосудов. Основные хозяева – человек и млекопитающие, промежуточные – пресноводные моллюски. Марита – яйцо – мирацидий – спороциста 1 – спороциста 2 – церкарий. Половозрелые особи локализованы в венах брюшной полости. После оплодотворения самки откладывают яйца в просвет стенок сосудов малых полых органов. Яйца имеют острые шипы, зародыщ выделяет протеолитические фременты, с помощью которых яйца продвигаются через ткани в просвет органа. Для дальнейшего развития они попадают в воду и развиваются в теле моллюсков. Церкарии выходят из моллюсков, плавают в воде, активно внедряются в кожу или слизистые оболочки человека, питье воды из открытых водоемов. Проникшие в организм церкарии по лимфатическим и кровеносным сосудам попадают в правое предсердие, правый желудочек сердца, затем в легкие, в вены брыжейки, стенки толстого кишечника, мочеполовой системы. S. haematobium вызывает урогенитальный шистосомоз (бильгарциоз). Самец – 10-15 мм, самка – 20 мм. Тело покрыто шипами. Промежуточные хозяеа – моллюски р. Bullinus, Physopsus и др. Основные хозяева – человек и обезьяны. Взрослые особи живут в организме человека до 40 лет и локализуются в мелких венах малого таза, преимущественно малого пузыря, матки, верхней части влагалища. Повреждение яйцами стенок мочеполовой системы, на слизистой оболочки мочевого пузыря признаки воспаления, язвы и полипозные разрастания. Отравление организма продуктами жизнедеятельности, поглощение питательных веществ, витаминов, форменных элементов крови, мутагенное. Зуд и покалывание в месте внедрения церкария в кожу, сыпь. В период миграции молодых шистосом кашель с мокротой, кровохарканье, симптомы бронхиальной астмы, общее недомогание, головная боль, слабость, снижение аппетита. Дизурия, гематурия, болезненное мочеиспускание. Пиелонефрит, гнойные воспалительные процессы почек, поражение предстательной железы и семенных пузырьков, отек мошонки, импотенция, нарушения менструального цикла, самопроизвольные аборты, уремия. Нахождение яиц при микроскопическом исследовании мочи и в биоптатах слизистой мочевого пузыря. Яйца овальные, вытянутые, с шипом на одном из полюсов. Иммунологические методы. S. mansoni – кишечный шистосомоз (бильгарциоз). Самец – 10 мм, самка – 15 мм, имеет более крупные шипы на кутикуле. Основные хозяева – человек, крыпный рогатый скот, грызуны. Промежуточные – моллюски р. Planorbis, Phisopsis. Половозрелые особи локализованы в мезентериальных венах. Яйца откладывают в мелких венулах кишечника, откуда они попадают в полость кишки и с фекалиями во внешнюю среду. Продолжительность жизни – 8-30 лет. Поражаются преимущественно печень и кишечник. Тяжелые осложнения наблюдаются при попадании яиц в пчень. Закупорка сосудов легких. Дерматит, зуд, боли в животе, нерегулярный стул, примесь крови и слизи в фекалиях. При массивной инвазии чередующиеся поносы и запоры, ректальные кровотечения, ее выпадение, тенезмы, метеоризм, потеря веса. Асцит, увеличение селезенки, диарея, отеки нижних конечностей и живота. Яйца в фекалиях и биоптатах слизистой кишечника. Яйца овальные с боковым крючкообразным шипом. Иммунологические методы. Японикум – возбудитель японского шистосомоза, болезни Катаяма. Гладкая поверхность тела. Основные хозяева – человек, дикие и домашние млекопитающие. Прмежуточные хозяева – моллюски р. Oncomelania. Локализация – воротная и мезентериальные вены. Хроническое течение приводит к циррозу печени. Возможно занесение яиц в головной мозг. Начало яйцекладки шистосомами сопровождается 3 недельной лихорадкой, потерей уппетита, повышенной утомляемостью, кашель, сыпь, отек мягких тканей вокруг глаз, мошонки, крайней плоти. Судороги, эпилептиформные припадки, нарушения зрения и речи, временная потеря сознания. Обнаружения яиц в фекалиях и биоптатах слизистой толстого кишечника. Широкоовальыне с небольшим тупым боковым шипом. Иммунологические.

110. Общая характеристика класса Cestoda. Виды финн ленточных червей.

Покровы  и кожно-мускульный  мешок. принципиально не отличаются от таковых у сосальщиков, но тегумент образует огромное количество волосковых выростов, увеличивающих площадь всасывания питательных веществ. Пищеварительная  система полностью отсутствует. Питательные вещества поглощаются с помощью тегумента, расщепление их и получение необходимой энергии происходит в результате бескислородного окисления — гликолиза. Нервная  система развита слабо, как и у сосальщиков. Представлена нервными ганглиями, которые находятся в головке, и нервными стволами, из которых боковые развиты сильнее и соединены поперечными нервными перемычками. Органы зрения не развиты. В молодых члениках половые органы не развиты, их развитие начинается после 200 членика. В последних члениках  атрофируются семенники, семяпроводы, яичники и яйцеводы и очень  сильно развивается матка, в которой  находятся оплодотворенные яйца. Оплодотворение у  цепней или перекрестное, или  происходит самооплодотворение  между различными члениками. Последние  членики стробилы отрываются  целыми группами и с фекалиями  выводятся наружу. Виды финн: цистицерк, ценур, эхинококк, цистецеркоид, плероцеркоид. личиночная стадия развития некоторых ленточных червей, во время которой сколекс и шейка инвагинируются в большую заполненную жидкостью цисту. Цисты развиваются в мышцах или головном мозге "хозяина" после проглатывания им яиц цистицерков. ЦЕНУР (новолатинское coenurus, от греческого koinos — общий и ura — хвост), разновидность личинки ленточных червей — финны. Описаны ценуры 31 вида червей из рода мультицепсов (Multiceps), паразитирующих во взрослом состоянии в кишечнике собак и других волчьих. От других финн отличается развитием множества головок, ввёрнутых в полость пузыря. Диаметр ценура мультицепса Скрябина (Multiceps skrjabini) до 35 см, мозговика овечьего (M. multiceps) — до 10 см. Ценур, локализуясь в мозге, вызывает тяжёлую болезнь (ценуроз) у копытных (преимущественно у овец) и некоторых грызунов. Эхинококковая финна E. acephalocystis, заполнен ная множеством стерильных дочерних финн. Цистицеркоид — личинка цестод отряда Cyclophyllidea, характеризующаяся наличием хвостовой части с эмбриональными крючьями; типичен для гельминтов рода Hymenolepis. Плероцеркоид (plerocercoid) - личиночная стадия развития некоторых ленточных червей (например, вида Diphyllobothrium latum). отличается от цистицерка (другой стадии развития личинки) тем, что имеет твердую наружную оболочку и у него отсутствует циста или окружающий его пузырь.

111. Бычий цепень. Систематическое положение, морфология, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, пути заражения, профилактика.

Taeniarhynchus saginatus, возбудитель тениаринхоза. Половозрелая стадия 4-10 м. На сколексе расположены 4 присоски. Гермафродитные проглоттиды имеют двухдольчатый яичник, под которым желточники. Многочисленные семенники в виде пузырьков в боковых стенках проглоттиды. Половая клоака открывается на боковой стороне проглоттиды. В зрелых члениках у макти 17-35 ответвлений с каждой стороны. До 175000 яиц. Зрелые членики, отрываясь от стробилы, могут выползать из а.о. и передвигаться по телу человека и белью. За год выделяет до 2500 проглоттид. Живет в человеке до 25 лет. Основной хозяин – человек. Промежуточный – крупный рогатый скот., который заражается при проглатывании яиц с травой. Человек заражается при употреблении плохо приготовленного мяса, содержащего финны (цистицерки). Период от заражения до выделения зрелых яиц до 3 месяцев. Раздражение слизистой тонкого кишечника присосками цепня, отравление организма продуктами жизнедеятельности, поглощение питательных веществ и витаминов. Зуд вокруг заднего прохода, боли в животе, неустойчивый стул, сначала повышение, затем снижение аппетита, приводящее к быстрой потере веса. Выделение зрелых проглоттид вне акта дефекации и передвижение их по промежности и белью. Обнаружение в фекалиях члеников, яиц при микроскопировании. Часто больные сами обнаруживают зрелые проглоттиды. Округлая форма, двухконтурная поперечно исчерченная толстая оболочка, внутри шестикрючная онкосфера.

112. Свиной цепень. Систематическое положение, морфология, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, пути заражения, профилактика. Цистицеркоз. Пути заражения.

Taenia solium, возбудитель тениоза и цистицеркоза. Половозрелая форма 2-3 м. Сколекс имеет 4 присоски и хоботок, вооруженный 2 рядами крючьев. Гермафродитная проглоттида содержит трехдольчатый яичник (третья дополнительная долька яичника расположена между маткой и влагалищем). Зрелая проглоттида содержит матку с 7-12 боковыми ответвлениями с каждой стороны. Зрелые членики неподвижны. Основной хозяин – человек, промежуточный – человек, свиньи. Заражение происходит при употреблении в пищу недостаточно термически обработанной свинины, содержащей цистицерки. В кишечнике человека под действием пищеварительных соков сколекс цистицерка выворачивается, фиксируется к стенке кишки, после начинают отпочковываться проглоттиды. Через 2-3 месяца гельминт достигает половой зрелости. Более выражено механическое действие из-за наличия на сколексе крючьев. Боли в животе, диспептические явления, головная боль, головокружение. Обнаружение в фекалиях яиц или члеников при микроскопировании. Округлая форма, двухконтурная поперечно исчерченная толстая оболочка, внутри шестикрючная онкосфера. Возбудителем цистицеркоза является личиночная стадия. Пузырек диаметром 0,5-1,5 см, заполненный жидкостью, с одной ввернутой головкой. При нарушении правил личной гигиены, при аутоинвазии. Если человек болен тениозом, то при рвоте зрелые проглоттиды вместе с содержимым кишечника могут попадать в желудок, где под действием пищеварительного сока разрушается стенка проглоттид и высвобождаются яйца. Из яиц выходят онкосферы, пробуравливают стенку и током крови разносятся в различные ткани и органы. При лечении препаратами, растворяю.щими проглоттиды. Давление на ткани, отравление продуктами жизнедеятельности. Иммунологические методы.

113. Карликовый цепень. Систематическое положение, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, пути заражения, профилактика.

КАРЛИКОВЫЙ ЦЕПЕНЬ, Hymenolepis nana – контактный гельминт, возбудитель гименолепидоза. Заболевание распространено повсеместно, чаще болеют дети дошкольного возраста. цепень имеет длину от 1 до 5 см, содержит около 200 проглоттид, на сколексе расположены 4 присоски и хоботок с двойным венчиком крючьев. Матка закрытая, но тонкая стенка проглоттид легко разрушается, и яйца выходят в просвет кишечника. человек для карликового цепня является и основным и промежуточным хозяином. Заражение происходит при несоблюдении правил личной гигиены и проглатывании яиц карликового цепня, из которых в тонком кишечнике выходят онкосферы, внедряющиеся в ворсинки слизистой кишечника. Там они превращаются в финны (цистицеркоиды), которые, разрушая ворсинку, через несколько дней попадают в просвет кишечника и прикрепляются к слизистой оболочке. Через две недели образуются половозрелые формы. Продолжительность жизни паразита – 1-2 месяца. Развитие в яйцах онкосфер возможно и без выхода их во внешнюю среду, что приводит к аутореинвазии. Разрушение ворсинок тонкого кишечника развивающимися цистицеркоидами, раздражение слизистой органами фиксации организма, отравление организма продуктами жизнедеятельности, поглощение питательных веществ и витаминов. боль в животе, снижение аппетита, тошнота, расстройство стула, общая слабость, раздражительность. При интенсивных инвазиях возникают рвота, головокружение, судороги, обморочные состояния. Дети отстают в умственном и физическом развитии. обнаружение яиц цепня при микроскопии фекалий. Яйца округлые (диаметр около 45 мкм), покрыты двумя прозрачными оболочками, между которыми проходят извивающиеся нити. Внутри просвечивается лимонообразная онкосфера. Фекалии для анализа собирают утром.

114. Лентец широкий. Систематическое положение, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, пути заражения, профилактика.

ЛЕНТЕЦ ШИРОКИЙ, Diphyllobothrium latum – биогельминт, возбудитель дифиллоботриоза. длина тела достигает 10-18 м. На сколексе есть две присасывательные щели – ботрии, которыми паразит прикрепляется к слизистой оболочке кишечника. Размер проглоттид в ширину больше, чем в длину. Зрелые проглоттиды содержат

115. Эхинококк и альвеококк. Систематическое положение, морфология, циклы развития, пути заражения, диагностика, профилактика. Отличие личиночных стадий развития. Распространение в России.

ЭХИНОКОКК, Echinococcus granulosus – биогельминт, возбудитель эхинококкоза. Заболевание распространено повсеместно, но чаще встречается в странах с развитым пастбищным животноводством. половозрелая форма имеет длину 3- 5 мм. Сколекс снабжен присосками и хоботком с двумя рядами крючьев. Шейка короткая. Стробила состоит из 3-4-х проглоттид. Предпоследняя проглоттида гермафродитная, последняя – зрелая. Матка разветвленная, закрытая, содержит до 5 000 яиц. ): основные хозяева – плотоядные животные (собака, волк, шакал), промежуточные – человек, травоядные и всеядные животные (крупный и мелкий рогатый скот, свиньи, верблюды, олени и др.). Заражение окончательных хозяев происходит при поедании ими органов пораженных животных. Из сколексов финны в кишечнике основного хозяина развивается большое количество половозрелых форм. Из организма окончательного хозяина с фекалиями во внешнюю среду попадают яйца эхинококка. Зрелые проглоттиды цепня способны выползать из анального отверстия окончательного хозяина и, передвигаясь по шерсти животного, рассеивать яйца. Яйца или проглоттиды, попадав на траву, вместе с ней заглатываются промежуточным хозяином. В кишечнике из яиц выходят онкосферы, попадают в ток крови и заносятся в различные органы (печень, легкие), где развивается финна – эхинококковый пузырь. Человек заражается от больных собак при несоблюдении правил личной гигиены. Эхинокк у человека поражает мышцы, легкие, печень, кости. Полость пузыря заполнена жидкостью, содержащей продукты обмена паразита. Человек для эхинококка является биологическим тупиком, так как финны погибают вместе с человеком и не передаются основному хозяину. Особенно опасен разрыв эхинококкового пузыря из-за токсичности содержащейся в нем жидкости и обсеменения сколексами полости тела человека. крапивница, кожный зуд, боль и тяжесть в правом подреберье. Если поражено легкое, больного беспокоят боли в груди, кашель, одышка, иногда кровохарканье. Эхинококковый пузырь может прорваться в бронх, брюшную или грудную полости или нагноиться. Эти осложнения могут привести к летальному исходу. основана на рентгенологическом и иммунологическом обследовании (обнаружение специфических антител в сыворотке крови). АЛЬВЕОКОКК, Alveococcus multilocularis – биогельминт, возбудитель альвеококкоза. Очаги заболевания зарегистрированы в Европе, Азии, Северной Америке. половозрелые формы эхинококка и альвеококка сходны. Отличают их по строению матки в зрелых проглотти- дах: у альвеококка матка шарообразная, а у эхинококка – с боковыми выростами (рис. 35). Финна альвеококка заполнена студенистой массой и представляет собой плотный узел из мелких пузырьков. Дочерние пузыри почкуются только наружу (у эхинококка внутрь). Альвеококк называют многокамерным эхинококком. окончательные хозяева – плотоядные животные (лисицы, собаки, кошки, песцы). Промежуточные хозяева – мышевидные грызуны, иногда – человек. Заражение окончательных хозяев происходит при поедании мышевидных грызунов. Человек может заразиться альвеококком через грязные руки после контакта со шкурами лисиц и волков, от собак, при употреблении в пищу загрязненных овощей, лесных ягод или воды. сходно с действием эхинококкового пузыря. Финна альвеококка отличается более медленным ростом, а заболевание – злокачественным течением. Финны альвеококка поражают печень, легкие, иногда другие органы. Размеры узлов достигают 15 см в диаметре. Дочерние пузыри, почкующиеся наружу, способны прорастать близлежащие ткани (инфильтративный рост как у злокачественных опухолей). При попадании мелких пузырей в кровеносные сосуды они могут заноситься в легкие, лимфатические узлы, центральную нервную систему. Применение иммунологических и рентгенологических методов.

116. Тип "Круглые черви". Классификация. Характерные черты организации. Медицинское значение.

Форма тела веретеновидная или нитевидная, круглая в поперечном сечении. Тело цельное, несегментированное, снаружи покрыто кутикулой.Внутри кожно-мускульного мешка развивается первичная полость тела, схизоцель, которая соответствует первичной полости зародыша – бластоцели. Межклеточная жидкость замещает паренхиму. Внутренние органы находятся в этой первичной полости тела. Пищеварительная система состоит из трех отделов: передний, средний и задний отделы кишечника. Передний отдел и задняя кишка имеют эктодермальное происхождение, а средний отдел — энтодермального. Появляется анальное отверстие и пища начинает двигаться в одном направлении. Выделительная система представлена гиподермальными (кожными) одноклеточными железами и "шейными железами".Нервная система состоит из окологлоточного нервного кольца, окружающего глотку, и отходящих вперед и назад 6 нервных стволов, из которых спинной и брюшной развиты наиболее сильно.Преимущественно раздельнополые. организмы, личинки напоминают взрослых животных. Образовалась первичная полость, схизоцель, которая сформировалась путем замещения паренхимы жидкостью. Жидкость находится под большим давлением и является гидроскелетом, выполняя опорную функцию; участвует в обмене веществ внутри организма, транспортируя различные вещества; Появилась задняя кишка и заднепроходное отверстие, что позволило сделать процесс пищеварения поэтапным; Произошла дальнейшая концентрация нервных клеток, образуется 6 нервных стволов и формируется окологлоточное нервное кольцо;Произошло разделение полов, что обеспечило комбинативную изменчивость и генетическое разнообразие потомков. Тело цельное, несегментированное, веретеновидное или нитевидное, круглое в поперечном сечении, снаружи покрыто кутикулой. Кутикула обычно достигает большой толщины и прочности, во время роста червей она периодически сбрасывается, затем возобновляется.Под кутикулой находится гиподерма, которая представляет собой продукт слияния клеток.

Под гиподермой расположены продольные мышцы, разделенные валиками гиподермы на 4 ленты. При сокращении спинные и брюшные ленты действуют как антагонисты. Внутри кожно-мускульного мешка имеется первичная полость (схизоцель), она не имеет собственной мезодермальной выстилки, и в ней находятся внутренние органы тела. Полость заполнена жидкостью, которая находится под давлением и играет роль «гидроскелета». Пищеварительная система начинается на переднем конце тела ротовым отверстием, которое окружено губами. Состоит из трех отделов: переднего, среднего и заднего. Передний отдел обычно разделяется на ротовую полость, глотку и пищевод. Пищеварение происходит в средней части кишки. Задняя кишка заканчивается анальным отверстием. Органы дыхания отсутствуют. У свободноживущих и паразитов растений газообмен происходит через покровы тела. У паразитов животных дыхание анаэробное.Кровеносная система отсутствует, транспортную функцию выполняет полостная жидкость.

Выделительная система своеобразна. Имеется шейная железа, представленная одной или двумя секреторными клеткой, расположенной снизу передней части тела. От них отходят один или два канала, проходящие в боковых валиках гиподермы. Сзади они слепо замкнуты, спереди соединяются в выводной проток, открывающийся выделительной порой. На стенках выделительных каналов в передней части тела находятся четыре крупные фагоцитарные клетки. Они захватывают и накапливают в цитоплазме остаточные продукты обмена. Нервная система состоит из окологлоточного нервного кольца, окружающего глотку и пищевод и отходящих вперед и назад 6 нервных стволов, из которых спинной и брюшной наиболее развиты. Нервная система образована небольшим числом нервных клеток, что свидетельствует о ее примитивности (у аскариды, например, нервная система состоит из 162 клеток). Органы чувств развиты слабо. Имеются органы осязания, органы химического чувства. Органы размножения имеют трубчатое строение. Мужские половые органы имеют форму непарной трубки, тонкая часть которой является семенником, средняя часть — семяпроводом, наиболее толстый отдел — семяизвергательным каналом, открывающимся в конечный отдел кишечника — клоаку. У самки парные яичники продолжаются в яйцеводы, которые, расширяясь, переходят в две матки, открывающиеся в непарное влагалище, заканчивающееся половым отверстием на брюшной стороне тела. Оплодотворение яиц происходит в матке.

117. Аскарида. Систематическое положение, морфология, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, пути заражения, профилактика. Очаги аскаридоза.

АСКАРИДА ЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ, Ascaris lumbricoides – геогельминт, возбудитель аскаридоза. Заболевание распространено повсеместно, за исключением арктических, пустынных и полупустынных зон. В мире около 1 млрд. больных аскаридозом. Длина самки достигает 40 см, самца – 25 см. Живые паразиты бело-розового цвета. Тело цилиндрическое, заостренное на концах. На переднем конце тела есть кутикулярные губы. аскарида человеческая паразитирует только у человека. Половозрелая форма локализована в тонком кишечнике человека. Оплодотворенная самка откладывает в сутки до 240000 яиц, которые вместе с фекалиями выделяются во внешнюю среду. Дальнейшее развитие яиц происходит в почве, где при оптимальной температуре (20- 25⁰С), достаточной влажности и доступе кислорода через 21-24 дня в яйцах развиваются инвазионные подвижные личинки. При температуре окружающей среды ниже 12⁰С и выше 38⁰С личинки не развиваются. Яйца с инвазионными личинками попадают в организм человека с немытыми овощами, фруктами, водой. В тонком кишечнике из яиц выходят личинки, прободают его стенку, попадают в кровеносные сосуды и совершают миграцию: с током крови проходят через печень, правое предсердие, правый желудочек, заносятся в легочной ствол и, в последующем, в капилляры альвеол. Личинкипробуравливают стенки капилляров, проникают в альвеолы, поднимаются в бронхиолы, бронхи, трахею и попадают в глотку, вторично заглатываются и снова попадают в тонкий кишечник. Через 2,5-3 месяца они превращаются в половозрелые формы. Миграция личинок продолжается около 2-х недель. Продолжительность жизни взрослых аскарид около года. В организме человека могут мигрировать личинки других видов аскарид (свиньи, собаки и др.), которые вызывают синдром Larva migrans. Половой зрелости у человека они не достигают. Личинки: Отравление организма продуктами жизнедеятельности, повреждение печени личинками, разрыв капилляров, повреждение альвеол, множественные очаги кровоизлияний и «летучие» эозинофильные инфильтраты. Половозрелые особи: отравление организма продуктами жизнедеятельности, поглощение питательных веществ и витаминов, мутагенное. миграционного аскаридоза: общая слабость, лихорадка, головные боли, потливость, упорный спастический кашель, особенно по ночам, зуд, иногда кожные сыпи, отечность век и лица. кишечного аскаридоза: боли в животе, тошнота, рвота, поносы, снижением аппетита, слабость, раздражительность, ухудшение памяти, снижение массы тела. Возможно отхождение гельминтов во время дефекации. механическая желтуха, гнойный панкреатит, гнойный холангит, аппендицит, перитонит (прободение кишки и выход паразитов в брюшную полость), спастическая и механическая кишечная непроходимость. Иногда можно обнаружить аскарид в лобных пазухах, полости черепа, среднем ухе, яичнике и других атипичных местах (извращенная локализация). Обнаружение личинок в мокроте, иммунологические реакции и рентгенологические методы (наличие "летучих" эозинофильных инфильтратов в легких), эозинофилия крови при миграционном аскаридозе. Диагностика кишечного обнаружение яиц аскарид в фекалиях. Яйца (60 х 45 мкм) овальной или округлой формы, покрыты тремя оболочками. Наружная оболочка бугристая.

118. Власоглав. Систематическое положение, морфология, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, профилактика.

ВЛАСОГЛАВ, Trichocephalus trichiurus – геогельминт, возбудитель трихоцефалеза. Заболевание распространено повсеместно. В мире около 500 млн. больных трихоцефалезом. Длина самки до 5 см, самцы немного короче. Передний конец тела тонкий нитевидный, задний – утолщен. В переднем отделе находится только пищевод, в заднем – все остальные органы. оплодотворенная самка откладывает в сутки до 60 000 яиц, которые вместе с фекалиями выделяются во внешнюю среду. Развитие яиц происходит в почве. При оптимальных условиях (температура 25-30⁰С, высока влажность, доступ кислорода) инвазионная личинка развивается за 25-30 дней. Человек заражается при употреблении в пищу загрязненных яйцами паразита овощей, ягод, фруктов и воды. В кишечнике из яиц выходят личинки, которые без миграции через 1-1,5 месяца превращаются в половозрелые формы. Продолжительность жизни власоглава у человека свыше 5-и лет. Взрослые паразиты локализуются в верхнем отделе толстого кишечника человека (преимущественно слепая кишка). Повреждение слизистой оболочки кишечника, отравление организма продуктами жизнедеятельности, передним концом власоглавы прошивают слизистую оболочку кишечника и питаются кровью. Мутагенное. боли по ходу толстого кишечника, неустойчивый стул, метеоризм, снижение аппетита, тошнота, слабость, головная боль. Осложнения: анемия, аппендицит, судорожные припадки. обнаружение яиц власоглава в фекалиях. Яйца имеют лимонообразную (боченкообразную) форму с пробочками на полюсах (50 х 30 мкм). В крови отмечается анемия.

119. Острица. Систематическое положение, морфология, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, профилактика. Обоснование без медикаментозного лечения.

ОСТРИЦА, Enterobius vermicularis – контактный гельминт, возбудитель энтеробиоза. Заболевание распространено повсеместно. По частоте встречаемости занимает первое место среди гельминтозов у детей (60-80% детей дошкольных учреждений). длина тела самки около 10 мм, самца – 2-5 мм, белого цвета. На переднем конце тела находится вздутия кутикулы – везикулы, а в задней части пищевода шарообразное расширение – бульбус, участвующие в фиксации паразита к стенкам кишечника. острицы локализуются в нижнем отделе тонкого и начальном отделе толстого кишечника. После оплодотворения самцы погибают, а самки ночью, когда расслаблены сфинктеры, выползают из анального отверстия, ползают по коже промежности, выделяют раздражающую жидкость и откладывают яйца (10 000 – 15 000 каждая). Находясь на коже промежности при температуре 34-36⁰С и высокой влажности (70-90%), яйца становятся инвазионными через 4-6 часов. Больные расчесывают зудящие места и на их руки под ногти попадают яйца, которые утром легко могут быть занесены в рот и рассеяны по окружающим предметам. В кишечнике из яиц выходят личинки, которые через две недели достигают половой зрелости. Продолжительность жизни острицы около месяца. Болеют энтеробиозом дети дошкольного и младшего школьного возраста в организованных коллективах, где имеются условия для передачи инвазии контактным путем. Повреждение слизистой оболочки кишечника, отравление организма продуктами жизнедеятельности, питание за счет организма хозяина и нарушение обменных процессов. зуд и чувство жжения вокруг заднего прохода. Зуд беспокоит больных днем и ночью, становится нестерпимым, распространяется на промежность, половые органы, живот. У больных ухудшаются самочувствие, сон, появляются раздражительность, нервные расстройства, снижается успеваемость. Затем присоединяются различные симптомы со стороны пищеварительной системы: поносы с примесью слизи, тошнота, рвота, урчание и вздутие живота. вульвовагинит (заползание остриц во влагалище), аппендицит (заползание остриц в червеобразный отросток). обнаружение яиц гельминта при помощи метода липкой ленты, который проводят утром или днем после сна до подмывания ребенка. Яйца бесцветные, асимметричные, уплощены с одной стороны (50 х 30 мкм). Кроме того, можно обнаружить самок остриц в области промежности (иногда их обнаруживают сами больные).

120. Анкилостомиды. Систематическое положение, морфология, циклы развития, обоснование методов лабораторной диагностики, пути заражения, профилактика. Очаги анкилостомидозов и пути их ликвидации.

КРИВОГОЛОВКА, Ancylostoma duodenale – геогельминт, возбудитель анкилостомоза. Заболевание распространено в странах с субтропическим и тропическим климатом. Очаги анкилостомоза встречаются в шахтах любой климатической зоны. самка имеет длину 10-13 мм, самец – 8-10 мм. Тело красноватого цвета. На головном конце находится воронкообразная ротовая капсула с четырьмя кутикулярными зубцами. Задний конец тела самца имеет копулятивную сумку, напоминающую по форме колокол, состоящую из двух больших боковых лопастей и маленькой средней. половозрелые формы локализуются в верхнем отделе (преимущественно двенадцатиперстная кишка) тонкого кишечника. После оплодотворения самка откладывает яйца, которые с фекалиями попадают во внешнюю среду. При оптимальных условиях (температура 28-30⁰С) через сутки в почве из яиц выходят неинвазионные (рабдитные) личинки. Они питаются органическими остатками и после нескольких линек превращаются в инвазионные (филяриевидные) личинки. Заражение человека происходит: 1) при активном проникновении личинок через кожу, 2) пассивно через рот с загрязненной пищей и водой. 3) доказана возможность внутриутробного заражения гематогенным путем через плаценту или при проникновении личинок из брюшной полости в стенки матки и плаценту. Проникнув через кожу, личинки совершают миграцию: попадают в кровеносные сосуды, кровью заносятся в сердце, затем в легкие, проходят через стенку альвеол и попадают в дыхательные пути, поднимаются в глотку, проглатываются и достигают двенадцатиперстной кишки. Миграция длится около 5 дней. Если личинка проникает в организм человека через рот, то миграция, как правило, не происходит. В кишечнике человека личинки анкилостомы превращаются в половозрелые формы через 4-5 недель, а яйца в фекалиях обнаруживаются через 6-8 недель. Одна самка анкилостомы выделяет в сутки до 20 000 яиц (некатора – около 9 000). Продолжительность жизни половозрелых паразитов у человека достигает 5-6 лет. Разрыв капилляров, повреждение альвеол личинками, половозрелые формы захватывают острыми кутикулярными зубами участки слизистой кишечника, отравление организма продуктами жизнедеятельности, поглощение питательных веществ хозяина и нарушение обменных процессов.в местах проникновения личинок наблюдается болезненность, позже – зуд, эритема с красными папулами. Характерны боли в эпигастральной области, чувство тяжести в желудке, тошнота, понос. У детей и подростков наблюдается отставание в умственном и физическом развитии. При хроническом течении заболевания лицо больного становится бледным и одутловатым, наблюдаются отеки, головные боли, одышка, ослабление памяти и снижение работоспособности. обнаружение яиц или личинок анкилостом в фекалиях. Яйца овальные, с тупыми концами, покрыты тонкой, прозрачной оболочкой (60 х 40 мкм). В крови отмечается эозинофилия и гипохромная анемия. НЕКАТОР, Necator americanus – геогельминт, возбудитель некатороза – заболевания, очень сходного с анкилостомозом. В связи с этим их объединяют в одну группу – анкилостомидозов. Заболевание распространено в тропических и субтропических районах Азии и Южной Америки. Морфологические особенности: в отличие от анкилостомы в ротовой капсуле вместо 4-х зубцов у него имеются две острые режущие пластинки.

121. Трихинелла. Систематическое положение, морфология, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, пути заражения и профилактика.

ТРИХИНЕЛЛА, Trichinella spiralis – биогельминт, возбудитель трихинеллеза. Отдельными очагами заболевание распространено на всех материках (за исключением Австралии). Республика Беларусь является одним из эндемичных очагов трихинеллеза. Трихинеллез часто возникает вспышками. Групповой характер заболевания связан с общим источником заражения (убоем свиней индивидуального откорма, или отстрелом кабанов на охоте). Обычная термическая обработка мяса не убивает личинки трихинелл. самки имеют размеры 3-4 мм, самцы – 1,5-2,0 мм. У самок имеется непарная половая трубка. Личинки свернуты спиралью и покрыты соединительнотканной капсулой размером 0,4 х 0,25 мм. в естественных условиях трихинеллы паразитируют преимущественно у плотоядных и всеядных (свиньи, кабаны, кошки, собаки, мыши, крысы, медведи, лисицы и др.). Один и тот же организм является сначала основным (половозрелые формы в кишечнике), а затем промежуточным хозяином (личинки в мышцах). Заражение происходит при употреблении в пищу недостаточно термически обработанного мяса (чаще свинины, иногда кабанины, медвежатины и др.), содержащего личинки трихинелл. В тонком кишечнике капсулы личинок перевариваются, личинки вы- ходят в просвет кишечника и через 2-3-е суток превращаются в половозрелые формы. После оплодотворения самцы погибают, а самки внедряются в слизистую оболочку тонкого кишечника и в течение 30-45-и суток отрождают живых личинок (до 2 000 каждая). Током крови и лимфы личинки разносятся по организму, но задерживаются только в скелетной мускулатуре. Наиболее интенсивно поражаются диафрагма, межреберные и жевательные мышцы. Личинки проникают в мышечное волокно и через 15 суток сворачиваются в спираль. Вокруг личинок в течение 2-3-х недель формируется соединительно-тканная капсула, которая через год обызвествляется. В капсуле личинки сохраняют жизнеспособность до 20-25-и лет. Для превращения личинок в половозрелую форму они должны попасть в кишечник другого хозяина. Человек для них является биологическим тупиком. Отравление организма продуктами жизнедеятельности и распада умерших паразитов, повреждение личинками стенок кишечника и мышечных волокон, питание за счет организма хозяина и нарушение обменных процессов. Инкубационный период от 5 до 30-и суток. Чем интенсивнее заражение, тем короче инкубационный период. : заболевание начинается с болей в животе и диспептических расстройств (тошнота, рвота, понос). Затем появляется аллергическая сыпь, повышается температура до 40-41⁰С, наблюдается отечность век, лица, а иногда и других частей тела, появляются боли в мышцах (в глазных, жевательных, икроножных, поясничных и мышцах плечевого _пояса). миокардит, пневмония, менингоэнцефалит, полиневриты, тромбоэмболии, аллергические системные васкулиты. Клиническая картина заболевания (отеки век, лица, боли в мышцах), тщательно собранный анамнез (употребление недостаточно термически обработанного мяса свиней, диких кабанов, барсуков) дают основание для предположительного диагноза трихинеллеза.Из лабораторных исследований проводят общий анализ крови (эозинофилия) и иммунологические методы (реакция связывания комплемента и реакция преципитации), которые становятся положительными со 3-4-й недели заболевания. Иногда используется микроскопическое исследование биоптатов икроножных и дельтовидных мышц.

122. Ришта. Систематическое положение, морфология, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, профилактика.

Возбудитель дракункулеза. длина нитевидной самки 30-150 см, толщина – 0,5-1,7 мм. Живородящая . Наружное половое отверстие отсутствует, личинки выходят через разрывы матки и кутикулы на переднем конце тела. Длина самца 12-29 мм, толщина – 0,4 мм. основной хозяин – человек, иногда собаки и обезьяны. Промежуточные хозяева – разные виды циклопов. Половозрелые самки локализуются в подкожной жировой клетчатке чаще нижних конечностей. После оплодотворения в матке развиваются личинки (микрофилярии) размером 0,5-0,7 мм. Когда личинки созревают, самка головным концом подходит к поверхности кожи, где формируется пу- зырь диаметром 2-7 см, заполненный жидкостью. Через некоторое время он вскрывается. При попадании воды на ранку, ришта высовывает передний конец и "отрождает" до 3 млн. личинок, а сама подвергается рассасыванию. Личинки живут в воде 3-6 суток и заглатываются промежуточным хозяином (циклопом), и находятся в его полости тела. Человек (и другие окончательные хозяева) заражаются при питье воды из открытых водоемов (арыков). В желудочно-кишечном тракте циклопы перевариваются, а микрофилярии пробуравливают стенку кишечника, по кровеносным и лимфатическим сосудам мигрируют в подкожную клетчатку нижних конечностей. Половой зрелости достигают через 10-14 месяцев после заражения. Повреждение личинками стенок кишечника, самками – подкожной клетчатки. Отравление организма продуктами жизнедеятельности, инкубационный период – 8-12 месяцев. Эритема, уплотнение кожи, боли в конечностях, затрудняющие передвижение больных, образование пузырьков и язв на месте выхода гельминта на поверхность. При вскрытии пузырьков наблюдаются лихорадка, диарея, крапивница, рвота. Тяжелое течение дракункулеза наблюдается при локализации паразита в области крупных суставов, при его гибели или инфицировании. Не требуется, так как паразит хорошо заметен в виде извитых подкожных валиков.

123. Филярии - возбудители трансмиссивных гельминтозов. Систематическое положение, цикл развития, обоснование методов лабораторной диагностики, профилактика.

Возбудитель филяриатозов. Медицинское значение имеют 7 видов: Wuchereria bancrofti, Brugia malayi, Onchocerca volvulus, Dipetalonema streptocerca, Dipetalonema perstans, Loa loa, Mаnsonella ozzardii. Филярии имеют нитевидную форму тела. . Взрослые паразиты локализованы в тканях и полостях тела человека, а личинки (микрофилярии) – в крови или тканях. Микрофилярии совершают суточные миграции: в зависимости от активности переносчика они появляются в периферической крови либо ночью, либо днем. Филярии живородящи. Основные их хозяева – человек и некоторые млекопитающие, промежуточныехозяева и переносчики–различные виды двукрылых насекомых. ВУХЕРЕРИЯ, Wuchereria bancrofti– возбудитель вухерериоза. Заболевание распространено в Западной и Центральной Африке, Юго- Восточной Азии, Южной Америке. самка имеет нитевидное тело белого цвета длиной 8-10 см, самец – 4 см. Обычно самки и самцы переплетаются между собой, образуя клубки. основной хозяин – человек, промежуточные хозяева и переносчики – комары родов Culex, Aedes, Anopheles, Mansonia. Половозрелые формы обитают в лимфатических сосудах и узлах до 20 лет. Самки рождают личинок (микрофилярий), которые мигрируют в кровеносные сосуды. Личинки днем находятся в глубоких кровеносных сосудах (внутренних органов), а ночью выходят в периферические. При укусе больного человека самками комаров (трансмиссивный путь), микрофилярии попадают в пищеварительный тракт, затем мигрируют в грудные мышцы и хоботок. Продолжительность цикла развития в комаре составляет 8 – 35 дней. При укусе комаром человека личинки попадают в кровь, затем мигрируют в лимфатическую систему и через 3-18 месяцев достигают половой зрелости. Инкубационный период 3-6 месяцев у приезжих людей и 12-18 месяцев у коренного населения. Отравление организма продуктами жизнедеятельности, закупорка и варикозное расширение лимфатических сосудов, приводящее к нарушению оттока лимфы, в результате чего происходит отек пораженного органа (слоновость). в ранней стадии преобладают симптомы, связанные с повышенной чувствительностью организма – лихорадка, конъюнктивит, увеличение лимфатических узлов, приступы бронхиальной _астмы. Вторая стадия (стадия носительства) продолжается от 2-х до 7-и лет и сопровождается увеличением и воспалением лимфатических узлов и сосудов. В этот период заканчивается развитие филярий до половозрелых форм и в крови появляются микрофилярии. Третья стадия (стадия закупорки) проявляется хилурией (наличие лимфы в моче), гидроцеле (водянка яичка), хилезной диареей (понос с примесью лимфы), элефантиазом (слоновость) нижних конечностей, молочныхь желез, половых органов. Поздние клинические проявления необратимы и прогноз неблагоприятен. обнаружение микрофилярий в крови (кровь необходимо брать ночью или утром), иммунологические методы. БРУГИА, Brugia malayi – возбудитель бругиоза. Заболевание распространено в странах Южной и Юго-Восточной Азии. длина самки 5 см, самца – 2-3 см, сходны с W. bancrofti. основной хозяин – человек, иногда кошки, собаки и обезьяны. Промежуточные хозяева и переносчики – комары родов Mansonia, Anopheles и Aedes. Созревание личинок в теле комара происходит за 8-10 суток. Слоновостью поражаются верхние и нижние конечности и значительно реже половые органы. ОНХОЦЕРКА, Onchocerca volvulus – возбудитель онхоцеркоза. Заболевание распространено в Африке и Южной Америке. Тело белого цвета, нитевидное. Размеры самки – 3-5 см, самца – 2-4 см, микрофилярий – около 0,03 мм. основной хозяин – человек, промежуточный хозяин и переносчик – мошки рода Simulium. Половозрелые формы локализованы в поверхностных слоях кожи. После оплодотворения самки отрождают микрофилярий, которые проникают в поверхностные слои кожи, в глаза, в лимфатические узлы. При укусе больного в желудок мошки вместе с кровью попадают личинки, которые через 6-12-и суток становятся инвазионными. При укусе мошками человека (трансмиссивный путь), личинки из хоботка попадают в кожу, мигрируют в лимфатическую систему, затем в подкожную жировую клетчатку, где достигают половой зрелости. Продолжительность жизни взрослых гельминтов до 20-и лет, микрофилярий – до 1-3-х лет. Отравление организма продуктами жизнедеятельности, поражение кожи, лимфатических сосудов. онхоцеркозный дерматит (изнуряющий зуд, воспалительная реакция, высыпания, язвы), приводящего к гиперпигментации или депигментации кожи, ее истончению и атрофии. После первой стадии зуда в связи с расчесами появляется утолщение кожи – результат отекакожи, связанного с воспалительной реакцией на микрофилярии. Затем кожа покрывается тонкими морщинками («кожа апельсина»). При полностью развившемся онходерматите, кожа имеет вид «кожи ящерицы». У части больных наблюдается прогрессирующая гипертрофия кожи с потерей эластичности, приводящая к «коже крокодила», «коже слона». Затем появляются симптомы «расплющенной кожи», «расплющенной бумажной кожи» – при этом она становится тонкой, неэ- ластичной. Эти изменения превращают молодых пациентов в дряхлых стариков. Подкожные узлы (онхоцеркомы), размерами от горошины до голубиного яйца, располагаются в подмышечных впадинах, около крупных суставов (коленный, бедренный), на ребрах, голове. Они содержат половозрелых онхоцерков. В области головы из-за особенностей волос у африканцев онхоцеркомы не заметны. Крупные подкожные узлы могут нагнаиваться, возникает септицемия (наличие бактерий в крови). Иногда появляются псевдоаденолимфокисты("готтентотский фартук") – свисающие до колен кожные образования ("висячий пах"). при проникновении микрофилярий в глаза поражаются сосудистая оболочка, сетчатка и зрительный нерв, что может приводить к потере зрения. Обнаружение микрофилярий в поверхностных срезах кожи или половозрелых форм в удаленных онхоцер_комах. ЛОА, Loa loa – возбудитель лоаоза. основной хозяин – человек и некоторые виды обезьян, промежуточный хозяин и переносчик – слепни рода Chrysops. Локализация половозрелых форм – подкожная клетчатка, серозные полости глаза, личинок – кровеносная система. Для личинок (микрофилярий) характерна дневная периодичность миграций в организме человека. После укуса слепнем микрофилярии в его организме становятся инвазионными через 7-10 суток. Заражение человека происходит через укус слепня (трансмиссивный путь). Продолжительность жизни взрослых филярий – 4- 17 лет. Отравление организма продуктами жизнедеятельности, раздражение и поражение тканей, инкубационный период – 4 месяца и более. боли в конечностях, парестезии (нарушение чувствительности), крапивница, легкая лихорадка. Кожа на отдельных участках (верхние конечности) периодически становится отечной, бледной или, наоборот, красноватой, горячей на ощупь (калабарский отек). Отечные места безболезненные, при надавливании на них ямки не остается. Внезапно появляясь, отек через несколько дней рассасывается. При поражении глаз наблюдаются раздражение, отек и гиперемия век, сильная боль, ухудшение зрения. при проникновении паразитов между оболочками мозга развиваются менингоэнцефалиты и невриты. В результате гибели взрослых филярий и развития вторичной инфекции появляются абсцессы в мышцах и лимфоузлах. обнаружение личинок в мазках и толстой капле крови. Под конъюнктивой гельминты видны невооруженным глазом. В анализе крови – эозинофилия.

124. Методы паразитологического анализа.

Для обнаружения гельминтов, их фрагментов (проглоттид, сколексов), личинок и яиц исследуют кал, мочу, мокроту, дуоденальное содержимое, кровь. Большая часть гельминтов паразитирует у человека в кишечнике или органах, связанных с ним протоками, поэтому наиболее распространенным является исследование испражнений (копрологическое исследование). Существуют макроскопические и микроскопические методы обнаружения паразитических червей или их частей (гельминтоскопия) и яиц гельминтов (гельминтоовоскопия). При копрологическом анализе необходимо соблюдать правила личной гигиены, обжигать петли и стеклянные палочки, стерилизовать посуду, стекла и инструментарий, содержать в чистоте рабочее _{место. Макроскопические методы. Осмотр испражнений.} Испражнения должны быть доставлены не позже суток после их выделения. При нарушении этого правила диагноз поставить невозможно в связи с разрушением яиц и личинок. Для повышения достоверности исследования анализы нужно повторять несколько раз ежедневно или с промежутками в 1-3 дня. Испражнения доставляют в лабораторию в чистой стеклянной посуде или в спичечных коробках. На каждой коробке должна быть этикетка с указанием фамилии, имени, возраста и места жительства обследуемого. Небольшие порции испражнений перемешиваю с водой в плоской ванночке или в чашке Петри. Их просматривают при хорошем освещении на темном фоне, при необходимости пользуясь лупой. Пинцетом или пипеткой извлекают все подозрительные образования, переносят на предметное стекло в каплю разведенного глицерина или изотонического раствора хлорида натрия. Метод отстаивания. Всю исследуемую порцию испражнений размешивают с водой и дают отстояться в стеклянном цилиндре, затем осторожно сливают верхний слой жидкости. Так повторяют несколько раз. После того, как жидкость станет прозрачной, ее сливают, а осадок просматривают в стеклянной ванночке или чашке Петри. Метод позволяет обнаружить гельминтов, их сколексы, обрывки стробилы, проглоттиды и диагностировать энтеробиоз, тениоз и тениаринхоз. Микроскопические методы. Нативный мазок. Небольшой кусочек испражнений переносят палочкой на предметное стекло в каплю 50% водного раствора глицерина и растирают до получения равномерного прозрачного мазка. На одном стекле готовят 2 мазка. При небольшом количестве яиц в испражнениях их не всегда удается выявить, поэтому применение только этого метода не является полноценным и достоверным. Толстый мазок с целлофаном (метод Като). Принцип метода: яйца гельминтов обнаруживают в толстом мазке испражнений, просветленном глицерином и подкрашенном малахитовой зеленью. Ход исследования. 100 мг испражнений наносят на предметное стекло, покрывают обработанной смесью (6 мл 3% водного раствора малахитовой зелени, 500 мл глицерина и 500 мл 6% водного раствора фенола) пластинкой целлофана и придавливают резиновой пробкой так, чтобы испражнения не растекалисьиз-под целлофана. Через час проводят микроскопирование при малом или большом увеличении. Метод выявляет яйца аскариды, власоглава, лентеца, трематод, тениид. Метод закручивания по Шульману. . Круговыми движениями, не касаясь стенок сосуда, стеклянной палочкой тщательно размешивают 2-3 г испражнений с 5-тикратным объемом физиологического раствора или воды. Яйца и личинки гельминтов скапливаются в центре. После окончания перемешивания каплю на конце палочки быстро переносят на предметное стекло, закрывают ее покровным стеклом и исследуют под микроскопом. Этим методом выявляются личинки анкилостомы, некатора, угрицы. Метод липкой ленты используется для диагностики энтеробиоза. Кусочек липкой прозрачной полиэтиленовой ленты длиной 4-5 см липким слоем прикладывают через анальное отверстие к перианальным складкам, сразу же снимают и приклеивают на предметное стекло. Полученные препараты изучают под микроскопом. Исследования проводят в ранние утренние часы. Методы обогащения основаны на разности удельного веса яиц и применяемого раствора. Методы осаждения (седиментации): если удельный вес яиц больше удельного веса жидкости, то яйца концентрируются в осадке, который исследуют под микроскопом. Применяют для обнаружения яиц трематод. Метод Горячева используется для диагностики описторхоза. В цилиндр диаметром 2-3 см наливают 70-100 мл насыщенного раствора хлорида натрия. Отдельно тщательно размешивают 0,5 г испражнений в 20-25 мл воды и осторожно фильтруют через воронку с двумя слоями марли в цилиндр на солевой раствор, избегая перемешивания. Яйца кошачьего сосальщика медленно оседают на дно цилиндра. Через 2-3 часа верхний слой с каломотсасывают пипеткой, а оставшийся солевой раствор центрифугируют. Осадок пипеткой переносят на предметное стекло, покрывают покровным стеклом и рассматривают под микроскопом. Метод применим и для диагностики других трематодозов. Метод Красильникова. Под действием поверхностно-активных веществ, входящих в состав моющих средств (детергентов), яйца гельминтов концентрируются в осадке. Готовят 1% раствор стирального порошка "Лотос". 10 г высушенного в сушильном шкафу при 100^оС в течение 1-2 часов порошка растворяют в 1 л водопроводной воды. В стеклянный сосуд, емкостью 30-50 мл, наливают 20-30 мл приготовленного раствора детергента, туда же помещают небольшую порцию испражнений и перемешивают. Соотношение испражнений и раствора должно быть примерно 1:20. Испражнения должны находиться в растворе не менее суток. На дне образуется осадок из 2-3-х слоев. Нижний слой состоит из грубых тяжелых частиц, в среднем слое находятся яйца гельминтов, верхний слой представляетсобой беловато-серые хлопья. Пастеровской или глазной пипеткой набирают 2-3 капли жидкости из среднего слоя и переносят на предметное стекло. На одном стекле готовят 2 препарата, накрывают покровным стеклом и рассматривают под микроскопом. Метод позволяет обнаружить яйца всех видов гельминтов, выделяемые с испражнениями. Методы всплывания (флотации): если удельный вес яиц меньше удельного веса жидкости, то яйца всплывают на поверхность жидкости, и тогда исследуют пленку. Применяются для обнаружения яиц анкилостомид, власоглава и карликового цепня. Метод Фюллеборна. Используют насыщенный раствор NaCl (растворяют 400 г NaCl в 1 л воды при кипячении). Относительная плотность раствора 1,18-1,22. В банку объемом 30-50 мл помещают 2-3 г испражнений и при помешивании палочкой доливают почти доверху насыщенный раствор хлорида натрия. Полоской бумаги быстро удаляют всплывшие крупные частицы. Через 45-60 мин. отстаивания проволочной петлей снимают поверхностную пленку и переносят ее на предметное стекло в каплю 50% водного раствора глицерина. Так как яйца трематод и тениид всплывают плохо и могут остаться в осадке, дополнительно просматривают несколько препаратов из осадка, набирая его глазной пипеткой на 2 предметных стекла. Хорошо всплывают яйца нематод (за исключением неоплодотворенных яиц аскарид), карликового цепня и лентеца. Достоинства метода: дешевизна и доступность; недостатки– необходимость просмотра препаратов из поверхностной пленки и осадка, а также длительность отстаивания. Метод Калантарян. Испражнения смешивают с насыщенным раствором азотнокислого натрия (1 кг селитры заливают 1 литром дистиллированной воды и кипятят до полного растворения) в соотношении 1:20. Удельный вес раствора около 1,4. Достоинства метода: быстро всплывают и обнаруживаются в поверх- ностной пленке яйца большинства гельминтов, что исключает необходимость исследования осадка. Не всплывают онкосферы тениид и яйца трематод. Для диагностики тканевых гельминтозов (трихинеллез, цистицеркоз и др.) применяются иммунологические методы: реакция кольцепреципитации (РКП), реакция связывания комплемента (РСК), реакция непрямой гемагглютинации (РНГА), реакция прямой гемагглютинации (РПГА), реакция энзимомеченных антител (РЭМА), реакция преципитации в агаре и др. Для диагностики паразитарных заболеваний берут 3-5 мл крови. Получают сыворотку и разводят ее изотоническим раствором хлорида натрия от 1: 50 – 1: 100 до 1:800 – 1: 1600. В качестве антигенов используют диагностикумы, с которыми безопасно работать. В пробирки с разными разведениями сыворотки добавляют диагностикумы (антигены). Если в сыворотке крови имеется достаточное количество антител (диагностическое значение имеют титры 1:100 – 1:200 и выше), то они взаимодействуют с антигенами с образованием комплекса антиген-антитело, который виден в виде осадка, кольца помутнения и др., что и подтверждает клинический диагноз. Серологические реакции (serum – сыворотка) становятся положительными на 3-4 неделях заболевания. Метод биопсии мышц для диагностики трихинеллеза. Для анализа чаще берут кусочек (несколько граммов) дельтовидной или икроножной мышцы в асептических условиях. Мышцу измельчают ножницами и помещают междудвумя толстыми стеклами (компрессорий), слегка раздавливают и просматривают на малом увеличении микроскопа. Внутри мышечных волокон обнаруживаются спирально свернутые личинки трихинелл в округлых или лимонообразных капсулах. Метод переваривания мышц для диагностики трихинеллеза является более эффективным. Мелконарезанные мышцы заливают искусственным желудочным соком (1% раствор пепсина в 0,7% растворе соляной кислоты) и помещают в термостат при 37^оС на 12-16 часов. Объем желудочного сока должен превышать навеску мышц в 15-20 раз. После переваривания на предметное стекло пипеткой переносят осадок и рассматривают его под микроскопом. В осадке обнаруживаются свободные от капсул личинки трихинелл. Метод мазка крови и толстой капли для диагностики филяриатозов. Кровь берут в асептических условиях из пальца преимущественно ночью. Для приготовления мазка каплю крови помещают на предметное стекло и краем второго стекла размазывают по стеклу. Мазок фиксируют метиловым спиртом и окрашивают по Романовскому-Гимза. Для приготовления толстой капли берут несколько капель крови на предметное стекло и углом другого стекла круговыми движениями размазывают до получения пятна, диаметром около 1,5 см. После высушивания эритроциты гемолизируют дистиллированной водой и окрашивают по Романовскому-Гимза. Микрофилярии выявляются в виде _{тонких извитых нитей, окрашенных в голубой цвет.}

125. Тип "Членистоногие". Классификация. Характерные черты организации. Медицинское значение.

Arthropoda, гетерономная сегментация тела, т.е. разные участки тела обладают сегментами разного строения, причем многие сегменты сливаются друг с другом. Тело разделено на голову, грудь и брюшко (у скорпионов — два брюшка). У паукообразных и некоторых ракообразных голова и грудь объединяются в головогрудь;членистые конечности разделены на отделы, которые соединяются друг с другом и с телом суставами. Конечности, расположенные на разных отделах тела, дифференцированы по функциям — захват пищи, передвижение, дыхание и др.;тело покрыто хитиновой кутикулой, состоящей из липидов, протеинов, хитина, углекислой извести. Растут членистоногие, только сбросив хитиновый покров во время линьки;мускулатура представлена отдельными мышечными пучками; мышечные волокна имеют поперечно-полосатую структуру;полость тела (миксоцель) смешанная, образованная из первичной полости и слившихся целомических мешков. В ней располагаются внутренние органы;пищеварительная система состоит из передней, средней и задней кишок; пища обрабатывается секретами пищеварительных желез;кровеносная система незамкнутая, имеется сердце. В кровеносной системе циркулирует гемолимфа, состав которой частично соответствует составу крови, а частично — составу целомической жидкости; органы дыхания представлены жабрами, легкими и трахеями; нервная система по строению сходна с нервной системой кольчатых червей. Происходит еще большее слияние ганглиев брюшной нервной цепочки; выделительная система представлена мальпигиевыми сосудами; размножаются только половым путем, обычно раздельнополы, часто выражен половой диморфизм. Развитие как прямое, так и непрямое.

126. Класс Паукообразные. Классификация. Характерные черты организации. Медицинское значение. Ядовитые паукообразные.

Arachnida, Araneae, Scorpiones, Acarina.шесть пар конечностей, первые две пары из которых превращены в хелицеры и педипальпы, захватывающие и измельчающие пищу. У скорпионов педипальпы превратились в клешни, а остальные четыре пары — ходильные ноги. На брюшке находятся гомологи конечностей: паутинные бородавки, легочные мешки, трахеи, половые крышечки; покровы образованы прочной, трехслойной хитиновой кутикулой, под которой, как и у ракообразных, находится слой гиподермального эпителия. Кутикула предохраняет животное от иссушения. Особенности кутикулы обеспечили распространение паукообразных в самых засушливых регионах; пищеварительная система отличается наличием мускулистой сосательной глотки и слюнных желез, секреты которых расщепляют белки. Питаются пауки жидкой пищей. Пищеварение у них внекишечное: добыча сначала убивается, затем разжижается секретом слюнных желез, а затем засасывается глоткой. Большинство паукообразных — хищники. Пауки ловят добычу в ловчую сеть — паутину, образованную клейким секретом паутинных желез и сплетенную ножками паука; выделительная система представлена мальпигиевыми сосудами; кровеносная система не замкнута; дыхательная система представлена легочными мешками или трахеями либо теми и другими одновременно. Газообмен происходит в складках легочных мешков, которые эмы-ваются гемолимфой. Трахеи начинаются отверстиями — дыхальцами, которые расположены на боковых поверхностях брюшных сегментов (по одной паре на каждом сегменте); нервная система состоит из головного мозга и брюшной нервной цепочки; органы чувств — простые глаза и органы осязания, расположенные на спинной стороне груди; развитие прямое (за исключением клещей). Паукообразные раздельнополые животные— с внутренним оплодотворением. Они откладывают яйца или живородящи. Укусы скорпиона или тарантула ядовиты. Укус каракурта смертелен для человека. Клещи — кровососущие эктопаразиты диких и домашних животных, а также человека. Животные являются переносчиками энцефалита. Внутрикожным паразитом является чесоточный клещ. Защита от паукообразных заключается в обработке мест распространения клещей ядохимикатами, в ношении защитной одежды во время работы или прогулок в лесу.

127. Клещи. Систематическое положение, семейства, морфология, развитие, медицинское значение.

Acari. Тело не разделено на отделы и не сегментировано. 6 пар конечностей. Первые 2 пары преобразованы в ротовой аппарат, остальные – ходильные конечности. Развитие непрямое с неполным метаморфозом:яйцо, личинка, нимфа, имаго. У личинок нет четвертой пары конечностей, стигм, трахей, полового отверстия.Нимфы имеют 4 пары конечностей, но половые железы у них недоразвиты. Ixodidae. Размеры от 2 до 25 мм. Ротовой аппарат колюще-сосущего типа расположен терминально на переднем конце тела и виден со спинной стороны. Есть глаза. На спинной стороне тела самца расположен хитиновый щиток, закрывающий всю дорсальную поверхность, а у самок – только переднюю часть, что обеспечивает большую растяжимость брюшка при кровососании. Обитают в лесной и степной зонах. Подстерегают хозяина-прокормителя, способны перемещаться с хозяевами. Насыщение длится от нескольких часов до нескольких суток. Способны голодать до 2-3 лет. Укусы безболезненны, так как слюна с анестетиками. Самки откладывают до 17000 яиц в почву, кору погибших деревьев. Вылупившиеся личинки питаются однократно на мелких грызунах. Насытившись, они отпадают от хозяина, линяют и превращаются в нимф, которые однократно питаются, линяют и превращаются в имаго. Половозрелые самки также однократно питаются. Трансовариальная передача болезней. Представители р. Ixodes (I. ricinus, I. persulcatus) имеют темно-коричневый дорсальный щиток. Клещи р. Dermacentor (D. marginatus, D. pictus) на дорсальном щитке имеют эмалевый рисунок. Клещи р. Hyalomma (H. anatolicum) имеют размеры до 2,5 см и темнно-корчиневый дорсальный щиток. Временные эктопаразиты и специфические переносчики возбудителей трансмиссивных болезней человека и животных (более 20 бактериальных и вирусных инфекций), поддерживают природные очаги чумы, бруцеллеза и туляремии. Argasidae. Размеры тела от 2-30 мм. Нет дорсального щитка и глаз, ротовой аппарат расположен вентрально и не виден со спинной стороны. Тело имеет кроевой рант. Убежищные формы. Не перемещаются вместе с хозяином-прокормителем. Кровососание 2-50 мин. Самки откладывают небольшое количество яиц (до 200). Характерна смена стадий нескольких нимф. Клещи способны голодать до 10-12 лет и цикл их развития растягивается до 20-28 лет. Возможна трансовариальная передача возбудителей болезней. Р. Ornithodorus – O. papillipes, р. Argas – A. persicus. Временные эктопаразиты. Специфические переносчики возбудителей клещевого возвратного тифа, природными резервуарами которого являются кошки, собаки, грызуны. Слюна клещей вызывает развитие дерматитов. Укусы клющей могут быть причиной смерти ягнят и овец. Gamasidae. 0.2-2.5 мм. Тело желтовато-коричневого цвета покрыто многочисленными щетинками. Не имеют глаз. Поселяются в норах грызунов и гнездах птиц. Из гнезд голубей по вентиляционным трубам попадают в жилища людей. Dermanyssus galinae. Постоянные или временные эктопаразиты. Укусы вызывают тяжелые дерматиты, при попадании в дыхательные пути астматические явления. Передают человек возбудителей клещевых спирохетозов (природные резервуары – суслики, песчанки, крысы), энцефалитов, гемморагических лихорадок. Могут переносить чуму и туляремия. Tyroglyphidae. 0,4-0,7 мм. Не имеют глаз, тело бледно-желтое, яйцевидной формы. Почваа, гниющая древесина, гнезда птиц, норы грызунов. Переносятся птицами и насекомыми. Могут поселяться в запасах продовольствия. Tyroglyphus farinae. При употреблении в пищу загрязненных продуктов возникают катаральные явления ЖКТ. При уборке и обмолоте зерна клещи попадают в дыхательные пути, вызывая астматические явления, или на кожу рук, вызывая дерматит. Sarcoptidae. 0,3-0,4 мм. Ноги укорочены, конической формы, тело широкоовальное, желтого цвета, покрыто щетинками, глаза отсутствуют. Дыхание всей поверхностью тела. Постоянные внутрикожные паразиты. Самка клеща прогрызает ходы в толще рогового слоя кожи до 3 мм в день. Самцы ходов не делают Питаются тканями хозяина. Самка откладывает до 50 яиц. Развитие от яйца до имаго занимает 1-2 недели. Взрослые особи живут до 2 месяцев. Контактное заражение. Sarcoptes scabiei. Вызывают скабиоз. Поражают кожу межпальцевых участков тыльной поверхности кистей и сгибательной поверхности суставов. При расчесах ходы вскрываются ногтями, клещи разносятся по телу. Вызывают сильный зуд, усилившийся ночью. В расчесы попадает вторичная инфекция, вызывая нагноения. Demodicidae. Червеобразной формы до 0,4 мм. Тело одето тонокй прозрачной кутикулой. Ноги очень короткие, заканчиваются парой коготков. Поселяются в сальных железах и волосяных сумках кожи лица, шеи и плеч, располагаясь головным концом вниз. Demodex folliculorum. Вызывают демодикоз – появляются угри розового цвета с гнойным содержимым. Заражение контактное. Для диагностик микроскопируют содержимое волосяных луковиц или сальных желез.

128. Класс Насекомые. Классификация. Характерные черты организации. Медицинское значение.

голова состоит из пяти слившихся сегментов. На нижней стороне головы находится рот. По бокам его расположены два сложных глаза. Между ними могут быть простые глазки. На голове находится одна пара усиков, или сяжек, выполняющих функции осязания и обоняния; грудь состоит из трех слившихся сегментов, каждый из которых несет одну пару конечностей. Всего у насекомых три пары конечностей; на спине могут находиться одна-две пары крыльев; брюшко состоит из восьми и более сегментов, что зависит от уровня развития насекомого: чем оно примитивнее — тем больше сегментов; есть гомологи конечностей: яйцеклад, совокупительный орган, жало; дыхательная система образована трахеями, обеспечивающими газообмен в организме насекомого. Трахеи открываются наружу дыхальцами, расположенными на боковой поверхности брюшка; нервная система ганглиозного типа. Надглоточный ганглий образует головной мозг, состоящий из трех отделов — переднего, среднего, заднего. Развитие нервной системы обусловило появление у насекомых сложных инстинктов, заботы о потомстве, разделения функций у общественных насекомых; пищеварительная система представлена дифференцированным пищеварительным трактом и слюнными железами. Передняя кишка делится на рот, глотку, пищевод, часто расширяющийся в зоб и желудок. Печени у насекомых нет. Есть слюнные железы, железистые клетки средней кишки и ректальные железы, обеспечивающие всасывание воды. Средняя кишка образует складки. Задняя кишка выводит продукты пищеварения и обмена веществ;выделительная система представлена пучком мальпигиевых сосудов и жировым телом, в котором накапливаются продукты обмена; сердечно-сосудистая система незамкнутая и образована трубковидным сердцем и одной головной аортой, сосудом, направленным к голове. Из отверстия аорты гемолимфа выливается в полость тела. Гемолимфа желтоватого цвета и не участвует в дыхании; половая система раздельнополая, резко выражен половой диморфизм, половые железы парные, оплодотворение внутреннее, развитие прямое или непрямое (с метаморфозом); ротовые аппараты насекомых различны по своему типу и строению: грызущий (жуки, тараканы), грызуще-сосущий (пчелы), колюще-сосущий (комары), сосущий (бабочки), лижущий (мухи); по наличию и характеру крыльев насекомых делят на крылатых и бескрылых. У крылатых насекомых одна-две пары одинаковых или разных крыльев. У жесткокрылых или полужесткокрылых одна пара крыльев превратилась в жесткие надкрылья. У вторичнобескрылых насекомых (муравьи, вши, клопы) крылья редуцированы или отсутствуют.

129. Вши, блохи. Систематическое положение, морфология, развитие, эпидемиологическое значение, меры борьбы.

Anoplura. P. Pediculus, Phthirus. Род Pediculus представлен одним Pediculus humanus, включающим 2 подвида – головная и платяная вши, которые свободно скрещиваются и дают плодовитое потомство. Pediculus humanus capitis. Мамец 2-3 мм, самка 3-4 мм. Задний конец тела закруглен, у самки раздвоен. Ротовой аппарат колюще-сосущего типа. Обитает на волосистой части головы, питается кровью человека 2-3 раза в сутки, может голодать до нескольких дней в сутки. Яйца приклеиваются к волосам липким секретом. За свою 38 дневную жизнь самка откладывает до 300 яиц. Из яйца выходит личинка первой стадии превращения, затем второй стадии превращения, затем третьей, которая через несколько дней превращается в имаго. Продолжительность жизненного цикла – 2-3 недели. Pediculus humanus humanus. До 4,7 мм. Менее глубокие вырезки по краю брюшка и слабо выраженная пигментация. Обитает на нательном и постельном белье, питается на коже. Гниды приклеиваются к одежде. Продолжительность жизни до 48 дней, жизненного цикла – не менее 16. Вызывают педикулез. Питаясь кровью, вши вводят в ранку слюну, которая вызывает у человека жжение и зуд. При расчесах мест укуса открываются ворота вторичной инфекции. Характеризуется пигментацией и огрубением кожи. Специфические переносчики вшивого возвратного (специфическая контаминация) и вшивого сыпного тифа. Phthirus pubis. До 1,5 мм. Ьело короткое, широкое, трапециевидное. Паразитирует на лобке, подмышечных впадинах, бровях, ресницах, бороде. 17 дней самка. 22 самец. Жизненный цикл 22-27 дней. Вызывают фтириоз. При половых контактах. Aphaniptera. Тело сплющено с боков, плотный хитиновый покров, крылья отсутствуют. На поверхности тела есть многочисленные ворсинки, щетинки, зубчики. На голове расположены короткие усики и пара простых глаз. Последняя пара ног длиннее остальных и служит для прыгания. Колюще-сосущего типа. Полный метаморфоз, около 19 дней. Яйца откладывают в щелях и трещинах пола, в сухом мусоре. Личинке червеобразной формы, не имеют конечностей. Через некоторое время личинка окукливается. Имаго питаются только теплой кровью, личинки – органическими остатками. Pulex irritans, Ceratophyllus fasciatus, Xenopsylla cheopis. Временные эктопаразиты. Специфические переносчики возбудителей чумы и туляремии. Природные резервуары чумы – грызуны. Контактный, воздушно-капельный, трансмиссивный путь. При укусах блох кровь не проходит в их желудок, т.к. возбудитель чумы размножаются и закрывают просвет желудка, образуя чумный блок, и отрыгивается в ранку вместе с частью этого блока. Заражение возможно и путем контаминации. Oropsylla, Xenopsylla переносят туляремию, крысиный сыпной тиф, промежуточный хозяева крысиного и собачьего цепней. Sarcopsylla penetrans. 1 мм. Окрска желтовато-серая. Оплодотворенные самки находятся на поверхности почвы. Напажают на человека, внедряются в кожу между пальцами ног или под ногти. Питаются кровью и лимфой, что приводит к развитию большого количества яиц и увеличению блохи до размеров горошины. Вокруг такой блохи опухолевидное разрастание ткани. Созревшие яйца выбрасываются наружу, самка погибает и отторгается вместе с поврежденными тканями.

130. Комары. Систематическое положение, строение, циклы развития, медицинское значение, меры борьбы.

Anopheles, Culex, Aedes. Взрослые комары имеют стройное вытянутое тело небольших размеров. На голове расположены крупные фасеточные глаза, длинные усики и ротовой аппарат. Самки имеют колюще-сосуще ротовой аппарат. У самцов ротовой аппарат сосущий, колющие части редуцированы. Они питаются нектаром цветов. По бокам ротового аппарат лежат членистые усики. К среднегруди прикреплена пара прозрачных крыльев. Брюшко образовано 10 члениками, 2 последних видоизменены в половые прилатки. Вылупившаяся из куколок новая генерация коморов проходит период физиологического созревания, продолжающийся около 4 дней. В это время они обитают около водоемов и питаются нектаром. Затем в сумерки самцы образуют рой, самки влетают в него, происходит спаривание, после чего самки обязательно должны напиться крови для развития яиц. Они активно ищут пищу на расстоянии до 3 км от водоема. Напившись крови, самки прячутся на несколько дней в затемненные помещения или заросли кустарника. Во время переливания крови происходит созревание яиц (гонотрофический цикл). У комаров за лето может проходить только один гонотрофический цикл или несколько. Самки комаров живут около месяца, самцы 10-15 дней. После созревания самка летит к водоему и откладывает яйца на его поверхность. Из яиц выходят личинки. Длительность развитися личинки зависит от температуры воды. Личинки питаются бактериями и растительными остатками, несколько раз линяют и превращаются в куколок, из которых выходит новое поколение имаго. У Anopheles и Cudex зимуют оплодотворенные сумки, у остальных – яйца. При наступлении осенних холодов самцы оплодотворяют самок и погибают. Самки питаются кровью для образования жирового тела, за счет которого они существуют во время зимовки. Развитие яиц затормаживается. С наступлением теплых весенних дней самки вылетают из убежищ, снова питаются кровью для созревания яиц. Из отложенных яиц последовательно развивается новая генерация самцов и самок.Anopheles откладывают яйца в стоячие или слабо проточные незатененные водоемы с чистой водой. Яйца имеют поясок с воздушными камерами и плавают по-одному. Aedes откладывают яйца по одному во временные резервуары. Яйца имеют вытянутую форму без воздушных камер. Culex яйца иеют клиновидную формубез воздушных камер и откладываются на поверхность воды склеенными в виде лодочки. Личинки Aedes, Culex имеют на предпоследнем членике брюшка дыхательный сифон в виде узкой трубочки, на конце которой расположены стигмы. Личинки располагаются под углом к поверхности воды и дышат атмосферным воздухом. Личинки Anopheles не имеет сифона, располагаются параллельно поверхности воды. Пара стигм, через которые они дышат атмосферным воздухом, располагается на предпоследнем членике брюшка. Для комаров Aedes характерно неодновременное выступление личинок из яиц одной кладки, он растягивается на недели и даже месяцы. Куколки имеют форму запятой. На спинной стороне головогруди находится пара дыхательных сифонов. С их помощью куколки подвешиваются к поверхностной пленке воды. У Culex, Aedes сифоны имеют цилиндрическую форму, Anopheles – воронкообразную. Имаго различаются посадкой, рисунком крыльев и строением придатков головы. У Culex, Aedes брюшко располагается параллельно поверхности, на которой они сидят, у остальных задний конец брюшка приподнят. На крыльях некоторых видов малярийных комаров имеются темные пятна. Головки самцов всех комаров имеют сильно опущенные нижнечелюстные усики, тогда как у самок они опущены слабо. У самок Anopheles нижнечелюстные щупики по длине равны хоботку, у остальных самок они составляют 1/3-1/4 длины хоботка. У самцов Anopheles нижнечелюстные щупики по длине равны хоботку и имеют на конце булавовидные утолщения, у немалярийных комаров они обычно длиннее хоботка и не имеют утолщений. Anopheles – переносчики и окончательные хозяева возбудителей малярии, специфическими переносчиками и промежуточными хозяевами вухерерий и бругий. Aedes – специфические переносчики возбудителей японского энцефалита, желтой лихорадки, лихорадки Денге, лимфоцитарного хориомененгита, сибирской язвы, вухерериоза, бругиоза, туляремии. Culex – специфические переносчики возбудителей японского энцефалита, туляремии и вухерериоза.

131. Комнатная муха, муха Цеце, Вольфартова муха. Систематическое положение, морфология, эпидемиологическое значение, меры борьбы.

Musca domestica: размеры самок до 7,5 мм. Тело и лапки темного цвета, покрыты волосками. На лапках есть коготки и липкие подушечки, позволяющие мухам передвигаться по любым плоскостям. Лижущее-сосущий ротовой аппарат. Нижняя губа превращена в хоботок, на его конце 2 сосательные дольки, между которыми расположено ротовое отверстие. Слюна содержит ферменты, разжижающие твердые органические вещества, которые она затем слизывает. Мухи питаются пищевыми продуктами и различными разлагающимися пищевыми остатками. Через 4-8 дней после спаривания самка откладывает до 150 яиц в гниющие органические остатки, кухонные отбросы, навоз, испражнения человека. При оптимальной температуре через сутки из яиц выходят личинки, которые через 1-2 недели окукливаются. Окукливание в почве происходит при более низкой температуре. Новое поколение мух появляется примерно через месяц. Продолжительность их жизни около месяца. Glossina palpalis. Размеры до 13 мм. Хоботок хитинизированный, выступает вперед. Темно-коричневая окраска. Самки живородящи, откладывают только одну личинку на поверхность почвы. Личинка проникает в почву, окукливается и через 3-4 недели выходит имагинальная форма. За всю жизнь самки откладывают 6-12 личинок. Питаются кровью, основной резервуар возбудителей африканского трипаносомоза. Wohlfahrtia magnifica. Тело светло-серого цвета, длина 9.13 мм, на груди – три темные продольные полосы. Взрослые мухи обитают на полях и питаются нектаром растений. Самки отрождают 120-150 личинок в открытые полости, на раны и язвы на теле животных, иногды человек.а. Личинки у человека живут в ушах, носу, лобных пазухах, глазу. Быстро внедрившись в ткани, личинки своими шипиками и крючками разрушают их до костей механически и с помощью выделяемых ферментов. Паразитирование личинок вызывает миаз. Заболевание сопровождается сильной болью, вызывает некроз тканей и гангренозные процессы. Спустя 5-7 дней личинки выпадают в почву и окукливаются.

132. Тип " Хордовые ". Систематика. Морфология.

Характеристика низших хордовых на примере ланцетника.

Внутренний осевой скелет представлен хордой, которая присутствует в эмбриогенезе у всех представителей типа, а у высших дополняется, а затем и замещается позвоночником. Над хордой располагается ЦНС в виде нервной трубки с невроцелем. В боковых стенках глотки находятся жаберные щели, соединяющие ее полость с внешней средой. У рыбы и некоторых земноводных они сохраняются в течение всей жизни., у высших хордовых – только в эмбриональном периоде. Тело построено метамерно. У низших хордовых и у зародышей высших сегментация распространяется на все системы органов, у высших ярко выражена только в эмбриональном периоде. Позже частично сохраняются только в ОДА, НС и КС. Органами поддержания равновесия и движения являются конечности, причем у низших хордовых большее значение имеют непарные, а у высших – парные. На спинной стороне расположена нервная трубка, под ней – хорда или заменяющий ее позвоночник. Глубже находитя пищеварительная трубка с развивающейся из нее ДС, а под ней вентральный пульсирующий кровеносный сосуд или сердце. По бокам от нервной трубки и хорды лежат сомиты, а по бокам от кишки – спланхнотомы, внутри которых расположен целом. Из 4 подтипов – Hemichordata, Urochordata, Acrania, Vartebtara. Бесчерпеные состоит из класса Cephalochordata. Позвоночные включает Cyclostomata, Chondrichthues, Osteichthyes, Amphibia, Reptilia, Aves, Mammalia. Branchiostoma lanceatum. Малоподвижный придонный образ жизни, пассивное питание путем фильтрации воды. Тело полупрозрачно, покрыто однослойным цилиндрическим эпителием. Дерма развита слабо. Хорда тянется от головного до спинного конца, а нервная трубка замкнута на спинной стороне неполно. В ней расположены светочувствительные глазки Гессе, обеспечивающие восприятие света и темноты. Около половины длины пищеварительной трубки составляет глотка, которая начинается позади ротовой полости и пронизана более чем 100 парами жаберных щелей, ведущих в околожаберную полость. Последняя открывается во внешнюю среду на брюшной стороне тела. Кишка в передней ее части снабжена печеночным выростом, гомологичным печени, и заканчивается анальным отверстием. При поступлении воды через рот в глотку и далее в околожаберную полость осуществляется как отцеживание взвешенных в воде пищевых частиц, так и газообмен в кровеносных сосудах межжаберных перегородок. КС замкнута. Имеется 1 круг кровообращения, функцию сердца выполняет пульсирующая брюшная аорта. Органы выделения – метамерно расположенные на межжаберных перегородках нефридии, состоящие из воронок, которые собирают продукты диссимиляции из целома и выводят их в околожаберную полость. Метамерно организованы и половые железы, выделяющие гаметы по мере их созревания таже в околожаберную полость и далее во внешнюю среду вне зависимости от наличия поблизости половозрелых организмов противоположного пола.