Ответами к заданиям 1–21 являются последовательность цифр, число или слово (словосочетание).
1
Рассмотрите предложенную схему. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса.
2
Ниже приведен перечень методов исследования. Все они, кроме двух, используются в генетике. Найдите два метода, «выпадающих» из общего ряда, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1. центрифугирование
2. гибридизация
3. анализ кариотипа
4. скрещивание
5. мониторинг
3
В соматической клетке волка 78 хромосом. Какой набор хромосом имеют половые клетки этого организма? В ответе запишите только количество хромосом.
Ответ: ______
4
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания изображенной на рисунке клетки. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1. гомологичные хромосомы отсутствуют
2. каждая хромосома содержит одну молекулу ДНК
3. в ней отсутствует клеточный центр
4. происходит образование митотического веретена деления
5. образовалась метафазная пластинка
5
Установите соответствие между характеристикой органоида клетки и его видом: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНОИДА
А. система канальцев, пронизывающих цитоплазму
Б. система уплощённых мембранных полостей и пузырьков
В. обеспечивает накопление и хранение веществ в клетке
Г. на мембранах могут размещаться рибосомы
Д. участвует в формировании лизосом
ОРГАНОИД КЛЕТКИ
1. комплекс Гольджи
2. эндоплазматическая сеть
6
Определите соотношение фенотипов у потомков при скрещивании дигетерозиготного растения тыквы с белыми круглыми плодами и дигомозигогного растения с желтыми удлиненными плодами (белый цвет и круглая форма плода доминантные признаки) при полном доминировании и независимом наследовании признаков. Ответ запишите в виде последовательности цифр, показывающих соотношение получившихся фенотипов, в порядке их убывания.
7
Ниже приведен перечень характеристик изменчивости. Все они, кроме двух, используются для описания характеристик генной изменчивости. Найдите две характеристики, «выпадающие» из общего ряда, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1. обусловлена сочетанием гамет при оплодотворении
2. обусловлена изменением последовательности нуклеотидов в триплете
3. формируется при рекомбинации генов при кроссинговере
4. характеризуется изменениями внутри гена
5. формируется при изменении нуклеотидной последовательности
8
Установите соответствие между органом, тканью позвоночного животного и зародышевым листком, из которого они образуются при эмбриогенезе: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ОРГАН, ТКАНЬ
Б. эмаль зубов
В. хрящевая ткань
Г. сердечная мышца
Д. кожные железы
ЗАРОДЫШЕВЫЙ ЛИСТОК
1. эктодерма
2. мезодерма
9
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие признаки характерны только для типа, к которому относят изображенное на рисунке животное.
1. многоклеточность
2. способность к гетеротрофному питанию
3. дыхание растворённым в воде кислородом
4. наличие наружного скелета, состоящего из трех слоев
5. туловище образует складку - мантию
6. тело состоит из головы, туловища и ноги
10
Установите соответствие между тканью и организмом, для которого она свойственна; к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А. эпителиальная
Б. запасающая
В. соединительная
Г. механическая
Д. образовательная
Е) покровная
ОРГАНИЗМ
1. растение
2. животное
11
Установите, последовательность расположения систематических групп животных, начиная с наибольшей. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1. Ящерицы
2. Прыткая ящерица
3. Пресмыкающиеся
4. Ящерица
5. Хордовые
12
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие заболевания развиваются при нарушении функций щитовидной железы?
1. сахарный диабет
2. микседема
3. базедова болезнь
4. малокровие
5. кретинизм
6. гигантизм
13
Установите соответствие между функцией железы человека и ее типом: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ФУНКЦИИ ЖЕЛЕЗЫ
А. образуют жир
Б. участвуют в терморегуляции
В. вырабатывают полноценную пищу для ребенка
Г. удаляют из организма минеральные вещества
Д. повышают пластичность кожи
ТИП ЖЕЛЕЗЫ
1. потовые
2. сальные
3. млечные
14
Установите последовательность процессов, происходящих в пищеварительной системе человека при переваривании пищи.
1. интенсивное всасывание воды
2. начало расщепления крахмала
3. всасывание аминокислот и глюкозы в кровь
4. расщепление биополимеров пищи ферментами поджелудочного сока
5. набухание и частичное расщепление белков
15
Выберите из текста три предложения, в которых даны описания экологического критерия вида. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1. Комнатная муха - двукрылое насекомое, служит пищей для насекомоядных птиц. 2. Ротовой аппарат лижущего типа. 3. Взрослые особи мух и их личинки питаются полужидкой пищей. 4. Самки мух откладывает яйца на гниющие органические остатки. 5. Личинки белого цвета, не имеют ног, быстро растут и превращаются в красно-бурых куколок. 6. Из куколки развивается взрослая муха.
16
Установите соответствие между примером и фактором антропогенеза: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А. трудовая деятельность
Б. абстрактное мышление
В. проявление мутаций
Г. мутационная изменчивость
Д. популяционные волны
Е. вторая сигнальная система
ФАКТОР АНТРОПОГЕНЕЗА
1. биологический
2. социальный
17
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие факторы среды следует отнести к антропогенным?
1. весенний разлив рек
2. извержение вулкана
3. выведение новых пород животных
4. отстрел хищных животных
5. прополка растений
6. перелет птиц
18
Установите соответствие между признаком печеночного сосальщика и критерием вида, для которого он характерен: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А. личинка живет в воде
Б. тело уплощено
Г. имеет две присоски
Д. пищеварительная система имеет ротовое отверстие
КРИТЕРИЙ ВИДА
1. морфологический
2. экологический
19
Установите последовательность процессов в световой фазе фотосинтеза. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1. поглощение хлорофиллом квантов света
2. синтез молекул АТФ за счёт освобождаемой энергии
3. участие электрона в окислительно-восстановительных реакциях и освобождение энергии
4. возбуждение молекулы хлорофилла под влиянием энергии солнечного света
20
В предложенном тексте заполните пробелы терминами, предложенными ниже. Запишите цифры, которыми обозначены выбранные термины.
ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА
При недостатке поступления в организм человека йода нарушается синтез гормона _________(А). Недостаточное количество гормона щитовидной железы в крови изменяет интенсивность обмена веществ,____________(Б) ритм сердечных сокращений. В детском возрасте недостаток гормона этой железы приводит к замедленному росту ребёнка. При избыточной секреции щитовидной железы ____________(В) возбудимость нервной системы. Функции щитовидной железы регулируются вегетативной нервной системой.
Список терминов:
1. учащает
2. фермент
3. повышает
4. эндокринная
5. тироксин
6. равномерный
7. инсулин
8. замедляет
21
Проанализируйте таблицу «Число долгожителей мужчин и женщин в период с 1940 по 1952 годы». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа данных таблицы.
Число долгожителей мужчин и женщин в период с 1940 по 1952 годы
Каково соотношение числа мужчин и женщин долгожителей в период с 1947 по 1950 гг.?
1. примерно одинаковое и составляет 1: 1
2. мужчин больше, чем женщин
3. женщин примерно в 5 раз больше, чем мужчин
4. соотношение женщин и мужчин составляет 1: 30
5. на одного мужчину приходится примерно 5 женщин
Часть 2.
Запишите сначала номер задания (22, 23 и т. д.), затем подробное решение. Ответы записывайте чётко и разборчиво.
Кровососущие насекомые - обычные обитатели многих биоценозов. Объясните, в каких случаях они занимают в пищевых цепях положение консументов II, III и даже IV порядков.
Показать ответ
Элементы ответа:
1) на теле растительноядного животного они консументы II порядка;
2) на теле хищника они консументы III (IV) порядка
Какие процессы изображены на рисунках А и Б? Назовите структуру клетки, участвующую в этих процессах. Какие преобразования далее произойдут с бактерией на рисунке А?
Показать ответ
Элементы ответа:
1) А - фагоцитоз (захват клеткой твёрдых частиц), Б - пиноцитоз (захват капель жидкости);
2) в этих процессах участвует плазматическая мембрана клетки;
3) фагоцитозный пузырёк сольётся с л изосомой, его содержимое подвергнется расщеплению (лизису), образовавшиеся мономеры поступят в цитоплазму
Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.
1. Ароморфоз - направление эволюции, для которого характерны мелкие адаптационные изменения. 2. В результате ароморфоза формируются новые виды в пределах одной группы. 3. Благодаря эволюционным изменениям организмы осваивают новые среды обитания. 4. В результате ароморфоза произошёл выход животных на сушу. 5. К ароморфозам также относят формирование приспособлений к жизни на дне моря у камбалы и ската. 6. Они имеют уплощённую форму тела и окраску под цвет грунта.
1) Какие функции выполняет хромосома?
2) Что представляет собой ген?
3) В кариотипе дрозофилы насчитывают 8 хромосом. Сколько хромосом находится у насекомого в половых и сколько – в неполовых клетках?
ГЕНЫ И ХРОМОСОМЫ
Клетки живых организмов содержат генетический материал в виде гигантских молекул, которые называются нуклеиновыми кислотами. С их помощью генетическая информация передаётся из поколения в поколение. Кроме того, они регулируют большинство клеточных процессов, управляя синтезом белков.
Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Они состоят из нуклеотидов, чередование которых позволяет кодировать наследственную информацию о самых различных признаках организмов разных видов. ДНК «упакована» в хромосомы. Она несёт информацию о структуре всех белков, которые функционируют в клетке. РНК управляет процессами, которые переводят генетический код ДНК, представляющий собой определённую последовательность нуклеотидов, в белки.
Ген – это участок молекулы ДНК, которая кодирует один определённый белок. Наследственные изменения генов, выражающиеся в замене, выпадении или перестановке нуклеотидов, называются генными мутациями. В результате мутаций могут возникнуть как полезные, так и вредные изменения признаков организма.
Хромосомы – нитевидные структуры, находящиеся в ядрах всех клеток. Они состоят из молекулы ДНК и белка. У каждого вида организмов своё определённое число и своя форма хромосом. Набор хромосом, характерный для конкретного вида, называют кариотипом.
Исследования кариотипов различных организмов показали, что в их клетках может содержаться двойной и одинарный наборы хромосом. Двойной набор хромосом состоит всегда из парных хромосом, одинаковых по величине, форме и характеру наследственной информации. Парные хромосомы называют гомологичными. Так, все неполовые клетки человека содержат 23 пары хромосом, т.е. 46 хромосом представлены в виде 23 пар.
В некоторых клетках может быть одинарный набор хромосом. Например, в половых клетках животных парные хромосомы отсутствуют, гомологичных хромосом нет, а есть негомологичные.
Каждая хромосома содержит тысячи генов, в ней хранится определённая часть наследственной информации. Мутации, изменяющие структуру хромосомы, называют хромосомными. Неправильное расхождение хромосом при образовании половых клеток может привести к серьёзным наследственным заболеваниям. Так, например, в результате такой геномной мутации, как появление в каждой клетке человека 47 хромосом вместо 46, возникает болезнь Дауна.
Текущая страница: 3 (всего у книги 24 страниц) [доступный отрывок для чтения: 16 страниц]
Шрифт:
100% +
§ 7. Клеточное строение организма
1 . Каково строение животной клетки?
2. Какую функцию выполняют хромосомы?
3. Как происходит деление клетки?
Внешняя и внутренняя среда организма. Внешней средой называют ту, в которой находится организм. Человек живёт в газообразной среде, но временно может находиться в воде, например во время купания.
Внутренней средой организма называют ту среду, которая находится внутри организма: она отделена от внешней среды оболочками тела (кожа, слизистые). В ней находятся все клетки тела. Она жидкая, имеет определённый солевой состав и постоянную температуру. Заметим, что содержимое пищеварительного канала, мочевыводящих и дыхательных путей к внутренней среде не относится. Лишь наружный ороговевший слой кожи, состоящий из отмерших клеток, и некоторые слизистые оболочки граничат с внешней средой. Они защищают более глубоколежащие клетки от воздействия внешних условий. Через внутреннюю среду клетки человеческого тела снабжаются всем необходимым, и через неё удаляются вещества, образующиеся в процессе их жизнедеятельности.
Рис. 12. Клетка под электронным микроскопом: 1 – цитоплазма; 2 – клеточная мембрана; 3 – ядро; 4 – ядрышко; 5 – ядерная оболочка; 6 – мембраны эндоплазматической сети; 7 – рибосомы; 8 – митохондрия; 9 – клеточный центр; 10 – лизосома
Строение клетки. По форме, строению и функциям клетки чрезвычайно разнообразны, но по структуре они сходны. Каждая клетка обособлена от других клеточной мембраной. Подавляющее число клеток имеют цитоплазму и ядро (рис. 12).
Строение и функции ядра. Ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой. В нём можно обнаружить ядрышко – место сборки рибосом, важнейших органоидов клетки.
В ядре находятся хромосомы, основа которых – молекулы ДНК. В этих молекулах закодирована вся наследственная информация организма.
Участки молекул ДНК, ответственные за синтез определённого белка, называют генами. В каждой хромосоме насчитывают сотни и тысячи генов. Под микроскопом хромосомы можно наблюдать только в период деления клеток: в другие периоды они не видны. Контролируя образование белков, гены управляют всей цепочкой сложных биохимических реакций в организме и тем самым определяют его признаки. В обычных клетках человека содержится по 46 хромосом, в половых клетках (яйцеклетках и сперматозоидах) по 23 хромосомы (половинный набор).
Наружная мембрана и органоиды клетки. Наружная клеточная мембрана легко проницаема для одних веществ и непроницаема для других. Такая избирательная проницаемость клеточной мембраны носит название полупроницаемости. Через клеточную мембрану клетка получает воду, питательные вещества, кислород, ионы, через неё удаляются продукты клеточного обмена. Клеточная мембрана обеспечивает также взаимодействие клетки с окружающей средой и с другими клетками. Постоянные клеточные структуры, каждая из которых выполняет свои особые функции, называют органоидами или органеллами. В клетке они играют ту же роль, что и органы в организме.
Рис. 13. Эндоплазматическая сеть – транспортная система клетки (микрофотография)
Пространство внутри клетки тоже разделено мембранами. Они образуют эндоплазматическую сеть – сеть канальцев, ёмкостей, полостей (рис. 13). Эндоплазматическая сеть – это своеобразная транспортная система, по которой вещества, синтезированные клеткой, перемещаются внутри клетки. Благодаря ей поддерживается двусторонняя связь между ядром и цитоплазмой, а также между различными органоидами клетки.
На мембранах эндоплазматической сети располагаются рибосомы, обеспечивающие биосинтез белков, специфичных для данной клетки. Состав и строение этих белков определены генами. В качестве посредника, передающего информацию о структуре белка от гена к рибосоме, выступает специальная молекула – информационная РНК.
Митохондрии участвуют в биологическом окислении веществ, за счёт которого освобождается и накапливается энергия, необходимая для жизнедеятельности клеток. Эти двухмембранные образования, едва видимые в оптический микроскоп, называют энергетическими станциями клетки (рис. 14).
Благодаря биологическому окислению сложные органические вещества распадаются, и выделяющаяся при этом энергия используется клетками для мышечного сокращения, выработки тепла, синтеза веществ, необходимых для формирования структур клетки.
Рядом с ядром в клетке расположен аппарат Гольджи, который представляет собой стопку плоских цистерн. Синтезированные в клетке вещества поступают в аппарат Гольджи, где претерпевают дальнейшие биохимические превращения, упаковываются в мембранные пузырьки и переносятся в те места клетки, где они необходимы, или транспортируются к клеточной мембране и выходят за пределы клетки. Кроме этого, аппарат Гольджи формирует лизосомы.
Рис. 14. Митохондрия – энергетическая станция клетки (микрофотография)
Лизосомы – это мелкие мембранные пузырьки, которые содержат биологически активные вещества – ферменты, необходимые для переваривания питательных веществ. Сложные молекулы, поступившие в клетку, расщепляются в лизосомах до более простых. Кроме того, лизосомы могут разрушать структуры самой клетки при их старении или в ходе эмбрионального развития, когда происходит замена тканей.
Обязательным органоидом животной клетки, а следовательно, и клетки человеческого тела является клеточный центр, состоящий из двух центриолей. Эти маленькие тельца цилиндрической формы расположены недалеко от ядра под прямым углом друг к другу. Клеточный центр играет важную роль в клеточном делении: от центриолей начинается рост веретена деления.
Связь между объёмом и поверхностью клетки. Размер клеток ограничен, поскольку с увеличением объёма и массы клетки относительная её поверхность уменьшается, и клетка уже не может получить нужного количества питательных веществ и выделить полностью продукты распада. Поэтому, достигнув определённого размера, она перестаёт увеличиваться в объёме.
Деление клетки – сложный процесс (рис. 15). При подготовке к делению каждая молекула ДНК удваивается. В результате в хромосоме оказывается рядом пара одинаковых молекул ДНК, которые потом станут самостоятельными хромосомами дочерних клеток.
Перед делением ядро разбухает и увеличивается в размерах. Хромосомы скручиваются в спираль и становятся различимыми в оптический микроскоп. Ядерная оболочка исчезает. Центриоли клеточного центра удваиваются, расходятся к противоположным полюсам клетки, и между ними формируются нити веретена деления.
В следующей фазе деления хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. Парные молекулы ДНК каждой хромосомы прикрепляются к нитям веретена деления. Вскоре нити веретена деления начинают оттягивать парные молекулы ДНК к противоположным полюсам. Образуется два новых набора, состоящих из одинаковых хромосом и, следовательно, одинаковых генов. Хромосомы дочерних клеток образуют клубки. Вокруг них синтезируется ядерная оболочка, образуется ядро. Скрученные ранее в спираль хромосомы полностью раскручиваются и перестают быть видимыми. Одновременно с расхождением хромосом органоиды приблизительно равномерно распределяются по двум полюсам. Затем клеточная мембрана впячивается внутрь, и цитоплазма клетки делится путём перетяжки. Образуются две дочерние клетки.
Рис. 15. Деление клетки: 1 – клетка (между делениями) в состоянии покоя; 2, 3, 4 – образование видимых в оптический микроскоп хромосом, их расположение в экваториальной плоскости клетки; 5 – расхождение хромосом; 6 – образование двух дочерних ядер, начало деления цитоплазмы; 7 – образование двух дочерних клеток
Жизнедеятельность клетки. Каждая клетка в организме человека выполняет свою определённую работу. Несмотря на огромное разнообразие, для всех клеток характерны общие признаки.
Обмен веществ и энергии. Одно из главных свойств клетки – способность к обмену веществ и энергии. Из поступающих в клетку питательных веществ образуются сложные вещества (характерные для каждого типа клеток), формируются клеточные структуры. Параллельно с образованием новых веществ идут процессы биологического окисления органических веществ – белков, жиров, углеводов. При этом происходит выделение энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки. В результате активной работы в живой клетке постоянно образуются отходы жизнедеятельности. Продукты распада удаляются из клетки, а затем и из организма.
Синтез и распад веществ происходят благодаря действию ферментов. Это биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие во много раз течение химических процессов. Каждый фермент действует только на определённые соединения. Они называются субстратом данного фермента.
Ферменты вырабатываются и в растительных, и в животных клетках. Иногда их действия сходны. Так, фермент каталаза, находящийся в клетках стенки ротовой полости, мышцах, печени, способен расщеплять пероксид водорода – вредное соединение, образующееся в организме.
Проделаем опыт. Нальём в химический стакан пероксид водорода и опустим в него кусочки мелко нарезанного клубня картофеля. Жидкость вспенивается за счёт образования пузырьков кислорода: ядовитый пероксид водорода разлагается на безвредные кислород и воду.
Ферменты действуют как в клетках, так и вне клеток. При кипячении белки разрушаются, поэтому ферменты теряют активность. Выводят их из строя и некоторые химические вещества, например соли тяжёлых металлов. (Если сварить картофель, реакции разложения пероксида водорода не будет.)
Рост и развитие клетки. В процессе жизнедеятельности происходит рост и развитие клеток. Ростом называют увеличение размеров и массы клетки, а развитием клетки – её возрастные изменения, в том числе и достижение ею способности полностью выполнять свои функции. Например, для того чтобы костная клетка могла создавать твёрдое и прочное костное вещество, она должна созреть.
Покой и возбуждение клеток. Клетки могут находиться в состоянии покоя или в состоянии возбуждения.
При возбуждении клетка включается в работу и выполняет свои функции. Обычно переход к возбуждению связан с раздражением. Так, в ответ на раздражение нервная клетка генерирует нервные импульсы; мышечная клетка сокращается, а железистая – выделяет секрет.
Следовательно, раздражение – это процесс воздействия на клетку. Оно может быть механическим, электрическим, тепловым, химическим и т. д. В ответ на раздражение клетка из состояния покоя переходит в состояние возбуждения, то есть активной работы.
Способность клетки отвечать на раздражение специфической реакцией называют возбудимостью. Наибольшей возбудимостью обладают мышечные и нервные клетки.
КЛЕТОЧНАЯ МЕМБРАНА, ЯДРО, ЦИТОПЛАЗМА, ХРОМОСОМЫ, ГЕНЫ, ОРГАНОИДЫ, ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СЕТЬ, РИБОСОМЫ, МИТОХОНДРИИ, АППАРАТ ГОЛЬДЖИ, ЛИЗОСОМЫ, ЦЕНТРИОЛИ, ДЕЛЕНИЕ, ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ, РОСТ, РАЗВИТИЕ, ПОКОЙ, ВОЗБУЖДЕНИЕ.
Вопросы
1. Какие функции выполняет клеточная мембрана?
2. Каковы функции ядра и ядрышка?
3. Сколько хромосом имеют половые клетки человека – сперматозоид и яйцеклетка? Как вы думаете, почему число хромосом в половых клетках вдвое меньше, чем в клетках тела?
4. Назовите основные органоиды клетки.
5. Какие процессы жизнедеятельности характерны для большинства клеток человеческого организма?
6. Какие органоиды, характерные для клеток других организмов, отсутствуют в клетках человека? С чем связаны эти отличия?
7. Объясните, чем отличаются рост и развитие клеток.
Задания
1. Сравните внешнюю и внутреннюю среду организма человека. В чём их сходство и отличия?
2. В стиральные порошки иногда добавляют ферменты. Будут ли они действовать при кипячении белья и после него? Ответ поясните.
3. Составьте и заполните таблицу «Основные органоиды и структуры клетки: строение и функции».
§ 8. Ткани
1. Из какой ткани состоит кожа, стенки полости рта, ушные и носовые хрящи?
Образование тканей. В начале деления все клетки развивающегося зародыша одинаковы, но затем происходит их специализация. Некоторые из них выделяют межклеточное вещество. Группы клеток и межклеточное вещество, имеющие сходное строение и происхождение, выполняющие общие функции, называются тканями. Каждый орган состоит из нескольких тканей, но одна из них, как правило, преобладает.
В организме животных и человека выделяют четыре основные группы тканей: эпителиальные, соединительные, мышечные и нервные. В мышцах, например, преобладает мышечная ткань, но наряду с ней встречаются и соединительная, и нервная. Ткань может состоять как из одинаковых, так и из различных клеток.
Межклеточное вещество может быть однородным или может включать различные структурные образования, например, в виде пучков волокон, придающих тканям эластичность и упругость.
Эпителиальные (покровные) ткани (рис. 16) образуют наружные слои кожи (эпидермис), выстилают внутреннюю поверхность кровеносных сосудов, дыхательных путей, мочеточников. К эпителиальным тканям относится и железистая ткань, вырабатывающая различные секреты (пот, слюну, желудочный сок, сок поджелудочной железы).
Рис. 16. Эпителиальные ткани: А – плоский эпителий; Б – кубический эпителий; В – мерцательный эпителий; Г – цилиндрический эпителий, выстилающий канальца почки, в которых образуется вторичная моча
Многообразие функций привело к значительному разнообразию эпителиальных тканей. Однако все они имеют ряд общих свойств. Их клетки располагаются тесными рядами в один или несколько слоёв, имеют незначительное количество межклеточного вещества, могут слущиваться и заменяться новыми. Эпителиальные ткани обладают высокой способностью к регенерации (восстановлению). В связи с разнообразием функций строение клеток эпителиальных тканей различается. Так, мерцательный эпителий дыхательных путей имеет реснички, с помощью которых удаляется пыль, осевшая на влажную поверхность трахеи и бронхов. Эпителиальные клетки желудка способны накапливать секрет в цитоплазме. Затем они отторгаются, попадают в полость желудка и там разрушаются, высвобождая пищеварительные ферменты.
Соединительные ткани. Эти ткани обладают ещё большим разнообразием (рис. 17). К ним относятся опорные ткани – хрящевая и костная; жидкие ткани – кровь и лимфа, рыхлая волокнистая ткань, заполняющая пространство между органами, сопровождающая сосуды и нервы; жировая ткань; плотная волокнистая ткань, входящая в состав сухожилий и связок.
Рис. 17. Соединительные ткани: А – хрящ: 1 – неклеточное вещество; 2 – клетки; Б – кость: 1 – костные клетки; 2 – неклеточное вещество в форме пластинок (их ряды выстилают полости, в которых проходят сосуды и нервы; костные пластинки расположены в несколько рядов, радиально, по их периметру находятся клетки): В – жировая ткань: 1 – клетки; 2 – эластические волокна; Г – рыхлая соединительная ткань: 1 – клетки; 2 – коллагеновые волокна; 3 – эластические волокна
Все эти разнообразные ткани обладают высокой способностью к регенерации и имеют общую особенность – наличие хорошо развитого межклеточного вещества, определяющего механические свойства ткани. В костной ткани оно твёрдое и прочное, в хрящевой – прочное и эластичное. В крови оно жидкое, так как выполняет транспортную функцию.
Соединительная ткань встречается в оболочках органов, которым приходится сильно растягиваться: в матке, желудке, кровеносных сосудах и пр. Благодаря соединительной ткани кожа может смещаться относительно мышц и костей, к которым прикреплена.
В соединительной ткани есть клетки, способные бороться с микроорганизмами, а в случае поражения основной ткани какого-либо органа эта ткань способна заменить утраченные элементы. Так, образующиеся после ранений шрамы состоят из соединительной ткани. Правда, выполнять функции той ткани, которую соединительная ткань заменила, она не может.
Разновидности мышечной ткани. Существует три разновидности мышечной ткани: гладкая, поперечнополосатая скелетная (рис. 18) и поперечнополосатая сердечная. Общие свойства всех мышечных тканей – возбудимость и сократимость. В ответ на раздражение мышечная ткань сокращается. Благодаря сокращению осуществляются все движения человека и работа его внутренних органов.
Гладкая мышечная ткань состоит из веретеновидных клеток с одним палочковидным ядром. Эта ткань входит в состав стенок сосудов и внутренних органов, например желудка, кишечника, бронхов, то есть органов, работающих помимо нашей воли, автоматически. С помощью гладких мышц изменяются размеры зрачка, кривизна хрусталика глаза и т. д.
Гладкие мышцы сокращаются медленно, но могут очень долго находиться в состоянии сокращения.
Поперечнополосатая скелетная мышечная ткань образует скелетные мышцы, которые сокращаются произвольно, то есть по нашему желанию. Сокращение происходит в том случае, когда к мышце приходят электрические импульсы из соответствующих отделов нервной системы. Скелетные мышцы способны к быстрому сокращению, но длительно пребывать в сокращённом состоянии им сложно. Поперечнополосатая мышечная ткань состоит из длинных многоядерных волокон. Ядра мышечного волокна обычно располагаются под наружной мембраной. Среднюю часть мышечного волокна занимают сократительные нити – миофибриллы. Они состоят из чередующихся пластинок белков разной плотности (актина и миозина), поэтому в оптическом микроскопе кажутся исчерченными поперёк (поперечнополосатыми).
Рис. 18. Мышечные ткани: А – гладкая; Б – поперечнополосатая скелетная
Поперечнополосатая сердечная мышечная ткань тоже состоит из мышечных волокон, но они имеют ряд особенностей. Сердечные мышечные волокна представляют собой цепочку особых мышечных клеток – миоцитов. Эти клетки соединены между собой особыми контактами. Благодаря такому строению возбуждение, возникшее в одном месте, быстро охватывает всю мышечную ткань, участвующую в сокращении.
Нервная ткань. Эта ткань состоит из двух типов клеток: собственно нервных клеток – нейронов и вспомогательных клеток – нейроглии.
Особенность нейронов – высокая возбудимость и проводимость. Они получают сигналы из внешней и внутренней среды организма, проводят и перерабатывают их, что необходимо для управления работой органов. Нейроны собраны в очень сложные цепи, которые обеспечивают получение, переработку, хранение и использование информации (рис. 19).
Многочисленные клетки нейроглии, расположенные между нейронами, выполняют по отношению к ним обслуживающие функции: защитную и опорную, питательную и электроизолирующую. Заполняя пространство между нервными клетками, глиальные клетки предохраняют их от механических сотрясений. Другие глиальные клетки выполняют барьерную функцию, пропуская к нейронам из крови только строго определённые вещества.
Рис. 19. Нервные клетки (сеть нейронов) (микрофотография)
Нейрон состоит из тела и отростков (рис. 20). В теле нейрона находится ядро и основные клеточные органоиды. Отростки нейрона различаются по строению, форме и функциям.
Дендрит – отросток, передающий возбуждение к телу нейрона. Чаще всего у нейрона несколько коротких разветвлённых дендритов. Однако бывают нейроны, у которых имеется только один длинный дендрит.
Аксон – это длинный отросток, который передаёт информацию от тела нейрона к следующему нейрону или к рабочему органу. У каждого нейрона только один аксон. Аксон ветвится только на конце, образуя короткие веточки – терминали.
Длинные отростки нейронов, покрытые защитными оболочками, образуют нервные волокна.
Рис. 20. Строение нейрона: А – нейрон: 1 – ядро, находящееся в теле нейрона; 2 – дендриты; 3 – аксон; 4 – синапсы; 5 – волокна поперечнополосатой мышцы; Б – синапс (увеличен): 6 – окончание аксона нейрона, передающего информацию; 7 – клетка, воспринимающая информацию; 8 – пузырьки с биологически активным веществом; 9 – митохондрия
Места контактов между отдельными нейронами или между нейронами и управляемыми ими клетками называют синапсами (рис. 20, Б).
В расширенном окончании аксона в специальных пузырьках – везикулах находится биологически активное вещество из группы нейромедиаторов. Когда нервный импульс, распространяющийся по аксону, достигает его окончания, пузырьки приближаются к мембране, встраиваются в неё, и молекулы медиатора выбрасываются в синаптическую щель. Эти химические вещества действуют на мембрану другой клетки и таким способом передают информацию следующему нейрону или клетке управляемого органа. Нейромедиатор может активировать следующую клетку, вызвав в ней возбуждение. Однако существуют медиаторы, которые приводят к угнетению следующего нейрона. Этот процесс называют торможением. Возбуждение и торможение – это важнейшие процессы, происходящие в нервной системе. Именно благодаря сбалансированности этих двух противоположных процессов в каждый момент времени нервные импульсы могут возникать только в строго определённой группе нервных клеток. Наше внимание, способность сконцентрироваться на определённой деятельности возможны благодаря нейронам, которые отсекают избыточную информацию. Не будь их, наша нервная система очень быстро бы перегрузилась и не смогла нормально работать.
Воспринимающие информацию клетки обычно имеют много синапсов. Через одни из них они получают активирующие сигналы, через другие – тормозные. Все эти сигналы суммируются, после чего следует изменение работы.
По функциям все нейроны можно разделить на три группы: чувствительные, вставочные и исполнительные. Чувствительные нейроны – это нервные клетки, которые находятся «на входе» в нервную систему. Они воспринимают информацию из внешней и внутренней среды. «На выходе» из нервной системы расположены исполнительные нейроны. К этой группе относят двигательные нейроны, управляющие мышцами (гладкими и поперечнополосатыми), и секреторные, передающие нервные импульсы железам. Вставочные нейроны обрабатывают всю полученную информацию и обеспечивают связь между чувствительными и исполнительными нейронами.
ТКАНИ: ЭПИТЕЛИАЛЬНЫЕ, СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ, МЫШЕЧНЫЕ, НЕРВНАЯ; НЕЙРОНЫ, ДЕНДРИТЫ, АКСОН, НЕЙРОГЛИЯ, НЕРВНОЕ ВОЛОКНО, СИНАПС.
Вопросы
1. Что называют тканью?
2. Какие ткани вы знаете? Составьте и заполните схему «Многообразие тканей».
3. Чем соединительные ткани отличаются от эпителиальных?
4. Какие виды эпителиальной и соединительной ткани вы знаете?
5. Какими свойствами обладают клетки мышечной ткани – гладкой, скелетной, сердечной?
6. Какие функции выполняют клетки нейроглии?
7. Каково строение и свойства нейронов?
8. Сравните дендриты и аксоны. В чём их сходство и в чём принципиальные отличия?
9. Что такое синапс? Расскажите о принципах его работы.
Задания
1. Отыщите у себя или у своих знакомых на коже шрамы. Определите, из какой ткани они состоят. Объясните, почему они не загорают и отличаются по структуре от здоровых участков кожи.
2. Посмотрите под микроскопом образцы эпителиальных и соединительных тканей. С помощью рисунков 16 и 17 расскажите об их строении.
3. На рисунке 20 найдите тело нейрона, ядро, дендриты и аксон. Определите, в каком направлении по отросткам пойдут нервные импульсы, если клетка будет возбуждена.
4. Известно, что грудную и брюшную полости разделяет диафрагма, участвующая в дыхании. Из гладких или поперечнополосатых мышц она состоит? Задержите дыхание, сделайте произвольный вдох и выдох и ответьте на этот вопрос.
5. Существует множество классификаций нейронов. Некоторые из них вам уже известны. Используя дополнительные источники информации, предложите другие классификации, отличные от представленных в учебнике.
2. Хромосомный набор клетки
Важная роль в клеточном цикле принадлежит хромосомам. Хромосомы - носители наследственной информации клетки и организма, содержащиеся в ядре. Они не только осуществляют регуляцию всех обменных процессов в клетке, но и обеспечивают передачу наследственной информации от одного поколения клеток и организмов другому. Число хромосом соответствует числу молекул ДНК в клетке. Увеличение числа многих органоидов не требует точного контроля. Все содержимое клетки при делении распределяется более или менее равномерно между двумя дочерними клетками. Исключением являются хромосомы и молекулы ДНК: они должны удвоиться и совершенно точно распределиться между вновь образуемыми клетками.
Строение хромосом
Изучение хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят из молекул ДНК и белка. Комплекс ДНК с белком называется хроматином. В прокариотной клетке содержится только одна кольцевая молекула ДНК, не связанная с белками. Поэтому, строго говоря, ее нельзя назвать хромосомой. Это нуклеоид.
Если бы удалось растянуть нить ДНК каждой хромосомы, то ее длина значительно превысила бы размер ядра. Важную роль в упаковке гигантских молекул ДНК играют ядерные белки - гистоны. Последние исследования структуры хромосом показали, что каждая молекула ДНК соединяется с группами ядерных белков, образуя множество повторяющихся структур - нуклеосом (рис. 2). Нуклеосомы являются структурными единицами хроматина, они плотно упакованы вместе и образуют единую структуру в виде спирали толщиной 36 нм.
Рис. 2. Строение интерфазной хромосомы: А - электронная фотография хроматиновых нитей; Б - нуклеосома, состоящая из белков - гистонов, вокруг которых располагается спирально закрученная молекула ДНК
Большинство хромосом в интерфазе растянуты в виде нитей и содержат большое количество деспирализованных участков, что делает их практически невидимыми в обычный световой микроскоп. Как уже было сказано выше, перед делением клетки молекулы ДНК удваиваются и каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК, которые спирализуются, соединяются с белками и приобретают четкие формы. Две дочерние молекулы ДНК упаковываются порознь и образуют сестринские хроматиды. Сестринские хроматиды удерживаются вместе центромерой и образуют одну хромосому. Центромера - это участок сцепления двух сестринских хроматид, контролирующий движение хромосом к полюсам клетки во время деления. К этой части хромосом прикрепляются нити веретена деления.
Отдельные хромосомы различаются только в период деления клетки, когда они максимально плотно упакованы, хорошо окрашиваются и видны в световой микроскоп. В это время можно определить их количество в клетке, изучить общий вид. В каждой хромосоме выделяются плечи хромосом и центромера. В зависимости от положения центромеры различают три типа хромосом - равноплечные, разноплечные и одноплечные (рис. 3).
Рис. 3. Строение хромосомы. А - схема строения хромосомы: 1 - центромера; 2 - плечи хромосомы; 3 - сестринские хроматиды; 4 - молекулы ДНК; 5 - белковые компоненты; Б - виды хромосом: 1 - равноплечные; 2 - разноплечные; 3 - одноплечные
Хромосомный набор клеток
Клетки каждого организма содержат определенный набор хромосом, который называется кариотипом. Для каждого вида организмов характерен свой кариотип. Хромосомы каждого кариотипа отличаются по форме, - величине и набору генетической информации.
Кариотип человека, например, составляет 46 хромосом, плодовой мушки дрозофилы - 8 хромосом, одного из культурных видов пшеницы - 28. Хромосомный набор строго специфичен для каждого вида.
Исследования кариотипа различных организмов показали, что в клетках может содержаться одинарный и двойной набор хромосом. Двойной, или диплоидный (от греч. diploos - двойной и eidos - вид), набор хромосом характеризуется наличием парных хромосом, которые одинаковы по величине, форме и характеру наследственной информации. Парные хромосомы называются гомологичными (от греч. homois - одинаковый, подобный). Так, например, все соматические клетки человека содержат 23 пары хромосом, т. е. 46 хромосом представлены в виде 23 пар. У дрозофилы 8 хромосом образуют 4 пары. Парные гомологичные хромосомы внешне очень похожи. Их центромеры находятся в одних и тех же местах, а гены расположены в одинаковой последовательности.
Рис. 4. Наборы хромосом клеток: А - растения скерды, Б - комара, В - дрозофилы, Г - человека. Набор хромосом в половой клетке дрозофилы гаплоидный
В некоторых клетках или организмах может существовать одинарный набор хромосом, который называется гаплоидным (от греч. haploos - одиночный, простой и eidos - вид). Парные хромосомы в этом случае отсутствуют, т. е. гомологичных хромосом в клетке нет. Например, в клетках низших растений - водорослей набор хромосом гаплоидный, тогда как у высших растений и животных набор хромосом диплоидный. Однако в половых клетках всех организмов всегда содержится только гаплоидный набор хромосом.
Хромосомный набор клеток каждого организма и вида в целом строго специфичен и является его основной характеристикой. Хромосомный набор принято обозначать латинской буквой n. Диплоидный набор соответственно обозначается 2n, а гаплоидный - n. Количество молекул ДНК обозначается буквой c. В начале интерфазы число молекул ДНК соответствует числу хромосом и в диплоидной клетке равно 2c. Перед началом деления количество ДНК удваивается и равно 4c.
Вопросы для самоконтроля
1. Какое строение имеет интерфазная хромосома?
2. Почему в интерфазу невозможно увидеть хромосомы в микроскоп?
3. Как определяется количество и внешний вид хромосом?
4. Назовите основные части хромосомы.
5. Из скольких молекул ДНК состоит хромосома в предсинтетический период интерфазы и перед самым делением клетки?
6. За счет какого процесса изменяется количество молекул ДНК в клетке?
7. Какие хромосомы называются гомологичными?
8. По набору хромосом дрозофилы определите равноплечные, разноплечные и одноплечные хромосомы.
9. Что такое диплоидный и гаплоидный наборы хромосом? Как они обозначаются?
Из книги Здоровье Вашей собаки автора Баранов АнатолийНабор лекарства в шприц При наборе лекарства в шприц следует быть предельно внимательным. Еще раз необходимо прочитать назначение врача, сверить с надписями на ампуле, убедиться в прозрачности раствора и отсутствии в нем хлопьев.Ампулу можно отпилить пилочкой в
Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина] автора Из книги Тесты по биологии. 6 класс автора Бенуж ЕленаКЛЕТОЧНОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОЕНИЯ КЛЕТКИ 1. Выберите один наиболее правильный ответ.Клетка – это:A. Мельчайшая частица всего живогоБ. Мельчайшая частица живого растенияB. Часть растенияГ. Искусственно созданная единица для
Из книги Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ] автора Лернер Георгий Исаакович Из книги Бегство от одиночества автора Панов Евгений Николаевич Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий ПавловичКлетки-охранницы Говоря о той прогрессивной роли, которую сыграли первые наброски клеточной теории, нельзя не оговориться, что созданный ею образ «суверенных» клеток лишь в ограниченной степени приложим к организмам высших животных, хотя и здесь клетки подчас ведут
Из книги Стой, кто ведет? [Биология поведения человека и других зверей] автора Жуков. Дмитрий АнатольевичКлетки-коллективисты и клетки-одиночки В основе тесной кооперации клеток, входящих в состав многоклеточного организма, лежат по меньшей мере две важнейшие причины. Во-первых, каждая отдельно взятая клетка, будучи сама по себе на редкость умелым и исполнительным
Из книги Проблемы лечебного голодания. Клинико-экспериментальные исследования [все четыре части!] автора Анохин Петр КузьмичМожет ли набор хромосом преступника служить оправданием совершенного им преступления? Одним из нарушений со стороны половых хромосом является лишняя Y-хромосома в кариотипе (совокупности признаков хромосом, характерной для клеток тела организма того или иного вида)
Из книги Власть генов [прекрасна как Монро, умен как Эйнштейн] автора Хенгстшлегер МаркусХромосомный этап формирования пола Пол начинает определяться во время оплодотворения. В ядрах клеток человека одна пара хромосом различна у мужчин и женщин. У женщин эта пара под микроскопом похожа на две буквы X, а у мужчин – на буквы XY. Соответственно, эти хромосомы и
Из книги Гены и развитие организма автора Нейфах Александр АлександровичО действии полного длительного алиментарного голодания на хромосомный аппарат лимфоцитов периферической крови К. Н. ГРИНБЕРГ, Ю, Л. ШАПИРО, Е. А. КИРИЛОВА, Р. С. КУШНИР (Москва) Полное алиментарное голодание успешно применяется при лечении некоторых психических и
Из книги Эволюция человека. Книга 1. Обезьяны, кости и гены автора Марков Александр ВладимировичОдинаковый набор генов у разных людей Ну хорошо, если не имеет смысла отслеживать какое-то заболевание по всему семейному древу – что тогда? Научно обоснованный ответ на вопрос, что именно связано с генами, дает результат удивительного эксперимента природы. Человек –
Из книги Секреты наследственности человека автора Афонькин Сергей Юрьевич2. Клетки крови Система кроветворения сложнее других систем с постоянным обновлением дифференцированных клеток. В этом случае нет такого простого пространственного разделения стволовых клеток, дифференцирующихся клеток и клеток, достигших терминальной
Из книги Размножение организмов автора Петросова Рената АрменаковнаМитохондриальная Ева и игрек-хромосомный Адам в африканском Эдеме Сравнительный анализ митохондриальной ДНК (мтДНК) и Y-хромосом современных людей показал, что все современное человечество происходит от небольшой популяции, жившей в Восточной Африке 160–200 тыс. лет
Из книги автораБессмертные клетки Рождение и смерть часто воспринимаются нами как две стороны одной медали. Одно явление якобы неотделимо от другого. Появление на свет неизбежно влечет за собой старение и кончину. Между тем это не совсем так. Живая клетка, как своеобразная молекулярная
Из книги автораРемонтный набор Ясно, что если бы у клеток не было защиты против таких нарушений ДНК, то вскоре многие гены были бы необратимо повреждены, что неизбежно приведет организм к полной катастрофе. Неудивительно поэтому, что любые клетки регулярно и постоянно занимаются
Из книги автора3. Деление клетки Способность к делению - это важнейшее свойство клетки. В результате деления из одной клетки возникают две новые. Одно из основных свойств жизни - самовоспроизведение - проявляется уже на клеточном уровне. Наиболее распространенным способом деления
Биологи обнаружили, что у зародышей есть система безопасности против дефектных клеток с генетическими нарушениями. Даже если такие клетки составляют добрую половину эмбриона, организм сможет избавиться от них и вполне нормально развиваться. Чтобы понять это, ученым пришлось создать химерный зародыш из здоровых и больных клеток. «Лента.ру» ознакомилась с исследованием и выяснила интересные детали.
Если на ранних стадиях развития эмбриона образуются аномальные клетки, это необязательно признак того, что ребенок родится с врожденными пороками. Новое исследование Кембриджского университета раскрывает механизмы, предотвращающие нарушения в развитии организма. Оказывается, аномальные клетки уничтожаются и заменяются здоровыми.
Группа исследователей с кафедры физиологии и нейробиологии изучала эмбрионы мышей, в которых некоторые клетки содержали ненормальное число хромосом. Как правило, в каждой клетке человеческого эмбриона 23 пары хромосом. 22 - аутосомы, парные хромосомы, одинаковые для мужского и женского организма. Одна пара - это половые хромосомы, отличающиеся у мужчин (XY), но одинаковы у женщин (XX). При анеуплоидии возникают изменения в числе хромосом. Например, от пары остается одна хромосома или, наоборот, появляется третья лишняя. Ситуация, когда вместо двух хромосом - три копии одной хромосомы, называется трисомией. Возможны также две (тетрасомия) и три добавочные хромосомы (пентасомия). Анеуплоидия приводит к расстройствам в развитии человека. Самый известный пример - синдром Дауна, при котором у двадцать первой хромосомы три копии.
Синдром Дауна является единственной жизнеспособной трисомией. Другие трисомии, например синдром Патау (хромосома 13) и синдром Эдвардса (хромосома 18), вызывают серьезные нарушения развития и раннюю смертность после рождения. Другие виды трисомий в аутосомах приводят к гибели эмбриона, при этом самой часто встречающейся аномалией является трисомия по 16-й хромосоме, которая приводит к выкидышу. Моносомии вызывают более тяжелые последствия, чем трисомии, и все являются летальными для зародышей. Единственное исключение - синдром Шерешевского-Тернера, который встречается у женщин и вызывается утратой одной из половых хромосом. Эта болезнь сопровождается нарушениями физического и психического развития, а также карликовостью. В противоположность этому дополнительные половые хромосомы оказывают мягкое влияние на развитие человеческого организма, однако могут негативно сказываться на умственном развитии.
Беременным женщинам, особенно в возрасте, поскольку их дети наиболее подвержены риску анеуплоидии, предлагают тесты, позволяющие предсказать вероятность генетических аномалий. Между 11-й и 14-й неделями беременности будущей матери могут провести биопсию хориона. Врач извлекает кусочки ткани плаценты, и клетки анализируются на количество хромосом. При другом тесте - амниоцентезе - изучаются клетки из амниотической жидкости (околоплодных вод). Этот тест проводится в течение 15-20 недель беременности, и его результаты более точны.
Внимание авторов нового исследования привлек один случай. Биопсия хориона одной из беременных женщин показала, что около четверти клеток плаценты были с генетическими аномалиями, однако ребенок родился здоровым. Ученые задумались о причине возникновения аномальных клеток в тканях, окружающих эмбрион и о том, в какой степени по ним можно судить о риске патологии.
Аномальные клетки с нарушениями в структуре и количестве хромосом наблюдаются примерно в 80-90 процентах человеческих эмбрионов в предымплантационном периоде беременности, когда оплодотворенная яйцеклетка движется по маточной трубе к матке. Эмбрион содержит как нормальные, так и нездоровые клетки. Это происходит из-за неизбежных ошибок в митозе во время дробления - раннего этапа эмбрионального развития, когда яйцеклетка разделяется на более мелкие клетки или бластомеры. Если в тканях эмбриона находятся генетически различающиеся клетки, говорят о хромосомном мозаицизме. Считается, что именно мозаицизм - основная причина неудачных беременностей при искусственном оплодотворении. Однако, хотя хромосомный мозаицизм очень часто встречается в ранних эмбрионах, на более поздних стадиях он не так выражен.
Как у мышей, так и у человека предымплантационное развитие завершается образованием бластоцисты - шара, состоящего из десятков или сотен клеток. В состав бластоцисты входит несколько групп клеток - трофобласт и примитивная эндодерма, которые формируют плаценту и желточный мешок. Кроме того, существует третья группа клеток, составляющую эмбриональный эпибласт, который в дальнейшем становится плодом. Развитие всех этих зародышевых клеток можно разделить на два этапа. На первом этапе клетки наружной части эмбриона формируют трофобласт, в то время как внутренние клетки образуют эмбриобласт. На втором этапе эмбриобласт дает начало эмбриональному эпибласту и примитивной эндодермы. Правильное развитие групп клеток на ранних стадиях необходимо для всего последующего эмбриогенеза.
В своем исследовании команда ученых создала зародышевую химеру - биологическую модель эмбриона мыши с хромосомным мозаицизмом. Использовались здоровые эмбрионы мыши на 8-клеточной стадии, соединенные с эмбрионами мыши с аномальными клетками. На выбор биологического материала повлияло то, что предымплантационное развитие мышиных зародышей очень похоже на человеческое, а уровень хромосомного мозаицизма у мышей гораздо ниже, чем у людей.
Чтобы вызвать образование аномальных клеток с генетическими нарушениями, исследователи обработали эмбрионы реверсином. Это соединение может убивать клетки раковых опухолей, однако также способно индуцировать анеуплоидию. Реверсин подавляет клеточный механизм, проверяющий, все ли хромосомы прикрепились к веретену деления во избежание неправильного распределения хромосом клетки. При обработке реверсином эмбрионов на 4-й и 8-й клеточной стадии большинство клеток становились анеуплоидными.
Изображение: Helen Bolton / Gurdon Institute, University of Cambridge
Обработка эмбрионов реверсином уменьшала количество клеток в каждой из групп, хотя все группы продолжали правильно развиваться и морфология эмбриона оставалась ненарушенной. Однако на поздних стадиях зародыш погибал. Это напоминает судьбу эмбрионов, в чьих клетках отсутствуют гены, участвующие в синтезе кинетохоров - белковых структур на хромосоме, к которым крепятся веретена деления. Для таких эмбрионов характерна мозаичная анеуплоидия, и они гибнут на поздних стадиях развития.
Ученые визуализировали развитие зародышевых химер с помощью замедленной съемки высокого разрешения, позволяющей разглядеть каждую клетку в эмбрионе. Результаты показали, что у эмбрионов, где здоровых и аномальных клеток было поровну, клетки с генетическими нарушениями уничтожались в процессе апоптоза - программируемой гибели клеток, хотя плацентарные клетки сохраняли жизнеспособность. Это позволило нормальным клеткам одержать верх, и все клетки эмбриона оказались здоровыми. В случае, когда на одну здоровую клетку приходилось три аномальных, клетки с нарушениями выжили, однако доля нормальных увеличивалась.
Изображение: Helen Bolton / Gurdon Institute, University of Cambridge
Механизмы, активирующие гибель клеток, определить пока не удалось. Однако проведенное исследование - первое, непосредственно демонстрирующее постепенное исчезновение аномальных клеток из тканей эмбриона на ранних стадиях развития. Также впервые были получены доказательства гипотезы о том, что за гибель клеток с генетическими нарушениями отвечает апоптоз. Интересно то, что когда химерные зародыши с половиной дефектных клеток трансплантировались в матку самок мышей, степень выживаемости эмбрионов оставалась такой же высокой, как и в норме.
Эти результаты имеют большое значение для медицины, в частности для биопсии эмбриональных тканей. Теперь понятно, почему зародыш выживает, хотя анализы тканей плаценты дают плохой прогноз. Также показано, что более надежная биопсия клеток из самой бластоцисты может быть безопасной и ничем не вредит эмбриону.
