67 гостей
ЗРОСТАННЯ І РОЗВИТОК
ЗРОСТАННЯ І РОЗВИТОК. З тих пір, як в ході еволюції виникли багатоклітинні організми, перетворення заплідненого яйця на дорослу особину відбувається в кожному поколінні в процесі росту і розвитку. Зростання, тобто збільшення розмірів, досягається за рахунок підвищення кількості таких субодиниць, як молекули і клітини. Розвиток, тобто якісна зміна, забезпечується синтезом нових сполук і утворенням клітин різних типів в результаті диференціювання.
Процесам зростання і розвитку притаманні певні фізичні обмеження, які утримують збільшення розмірів і зміни форми в певних межах. Зі збільшенням лінійних розмірів вдвічі площа поверхні збільшується в 4 рази, а обсяг в 8 разів. Це має найважливіше значення для таких параметрів, як регуляція температури і міцність структури, необхідної для підтримки зростаючої маси організму. Хоча клітини бувають самих різних розмірів - від крихітного сперматозоїда до величезного яйця страуса - їх розміри проте обмежуються тими відстанями, які можуть швидко подолати поживні речовини і продукти розпаду, диффундируя в цитоплазмі. Деякі з найбільших клітин нашого тіла - нервові і м'язові - справляються з цими обмеженнями, поєднуючи збільшення довжини із сильним скороченням діаметра. З іншого боку, зменшення розмірів клітин теж не може бути безмежним: необхідний якийсь мінімальний обсяг, де могли б розміститися всі різноманітні внутрішньоклітинні структури.
Ріст і розвиток традиційно сприймаються як процеси, що йдуть по наростаючій (зі знаком «плюс»); насправді ж вони можуть йти і зі знаком «мінус». Тому в загальному сенсі зростання являє собою зміну, а не «прирощення». Фундаментальна властивість зростання - оновлення, тобто втрата окремих частин і додавання нових. При зростанні з позитивним знаком процеси синтезу йдуть активніше, ніж процеси розпаду. При старінні переважає зворотне співвідношення. Протягом більшої частини життя дорослого організму синтез і розпад збалансовані. Можна сказати, що в стані рівноваги організм в кожен даний момент трохи вмирає і трохи відроджується. Час напіввиведення містяться в організмі речовин вимірюється періодами від декількох хвилин до декількох місяців. У стані постійного оновлення знаходяться всі органели клітини. Тривалість життя клітин багатьох типів обмежена, а це означає, що їх число залишається постійним тільки тому, що утворюються нові клітини даного типу. Оновлення можливо навіть на тканинному рівні - наприклад, в яєчниках дозрівають нові фолікули для заміщення втрачених в попередньому менструального циклу.
РОСТ КЛІТИН
Все живе складається з клітин. Оскільки клітини не можуть бути більшими деяких максимальних розмірів, зростання організму можливий тільки за рахунок збільшення числа клітин. Останнє досягається за допомогою мітозу - клітинного ділення, при якому спочатку на дві частини ділиться ядро, а потім цитоплазма.
Кожна з двох клітин, що утворилися в результаті мітозу, вдвічі менше вихідної. Тому перш ніж приступити до чергового ділення, клітини повинні пройти період зростання, в ході якого у них подвоюється число органел і поповнюється кількість цитоплазми. Лише після відновлення нормальних розмірів клітини готові до наступного поділу. Див. також КЛЕТКА .
Форма і розміри клітин залежать від їх функції. Тіло людини побудовано з клітин декількох сот різних типів, які за їхньою здатністю до поділу можна розбити на три категорії. Найвищою митотической активністю володіють клітини оновлюються тканин, названих так тому, що вони постійно оновлюються на клітинному рівні. Наприклад, епідермальні клітини діляться, перебуваючи в базальному шарі шкіри; потім у міру просування до поверхні шкіри вони диференціюються, а опинившись на поверхні, відмирають і злущуються, проживши лише кілька тижнів. Епітеліальні клітини, що вистилають травний тракт, іноді живуть всього кілька днів, після чого відмирають і виводяться з фекальними масами. Сперматозоїдам, яйцеклеткам і клітинам крові уготована та сама доля: вони народжуються, старіють і гинуть, і процес заміни їх новими клітинами повторюється багаторазово.
Клітини другої категорії здатні до мітозу, але потенційно можуть існувати до тих пір, поки живий організм в цілому. Такі клітини складають т.зв. розростаються тканини: вони ростуть тільки в період росту всього тіла, а після того, як організм досягає остаточних розмірів, мітотична активність припиняється. Розростаються тканини утворюють багато внутрішні органи - печінку, нирки і залози, як ендо-, так і екзокринні.
До третьої категорії відносяться клітини, які після закінчення ранніх стадій розвитку абсолютно втрачають здатність до поділу. Прикладами можуть служити клітини таких тканин, як нервова і м'язова. Хоча ці клітини можуть залишатися живими до тих пір, поки живий організм, вони настільки високоспеціалізовані, що мітоз для них неможливий. Саме тому серце і головний мозок не здатні до регенерації. Їх клітини можуть збільшуватися в розмірах, але не в числі, і ці органи, у всякому разі у вищих тварин, витрачають в процесі розвитку весь запас ембріональних клітин, які могли б забезпечити в подальшому відновлення пошкодженої тканини. У нижчих хребетних тварин - риб і хвостатих амфібій - зберігається достатня кількість недиференційованих клітин, щоб забезпечити регенерацію деяких частин як головного і спинного мозку, так і серця. Серед тритонів є види, здатні регенерувати навіть кришталик і сітківку ока після повного видалення цих структур.
РОСЛИНИ
У насінні рослин є ендосперм, що постачає зародок поживними речовинами подібно до того, як жовток забезпечує харчування розвивається зародку тварин. Насіння судинних рослин при проростанні утворюють коріння і пагони.
Незважаючи на значні відмінності між країнами і пагонами, у них багато спільного. І ті й інші багаторазово розгалужуються, а їх зростаючі кінчики, що складаються з недиференційованих клітин, утворюють конуси наростання (верхівкові меристеми). Багаторазові митотические поділу в конусі наростання постійно постачають нові клітини, що забезпечують зростання в довжину. Безпосередньо за цією зоною проліферації знаходяться зони диференціювання і розтягування; тут новостворені клітини перетворюються в спеціалізовані клітини ксилеми і флоеми - провідних тканин рослини. В процесі диференціювання ці клітини сильно розтягуються в довжину, що забезпечує дуже швидкий ріст пагонів (наприклад, у бамбука). Між ксилемою і флоемой розташований шар камбіальних клітин, за рахунок яких відбувається потовщення стебел і коренів.
Наведене вище опис відноситься в основному до дерев і чагарників. На відміну від них, у багатьох трав'янистих рослин зона наростання листя знаходиться біля основи, а не на верхівці. Листя ростуть у них знизу, і саме тому газон доводиться підстригати багаторазово. Дерева і живоплоти теж підстригають, щоб надати їм певну форму, проте при цьому їх зони наростання зрізаються. В результаті після обрізки гілок кущі і дерева ростуть гущі, тому що при пошкодженні верхівки втечі меристеми, віддалені від його кінчика, приймають на себе функції втраченої частини. До видалення верхівкової меристеми, яка чинила на них гальмівний вплив, ці латеральні меристеми перебували в латентному стані; звільнившись від гальмування, вони дають початок бічним гілкам.
Це явище ілюструє механізм, який регулює ріст рослини. Верхівкова меристема виробляє гормональні речовини (ауксини), які, переміщаючись вниз по стеблу, гальмують зростання інших меристем. Ауксини визначають також тропізми рослин, наприклад тенденцію зростати в сторону джерела світла. Інактівіруя на освітленій стороні стебла, вони стимулюють подовження стебла на тіньовій стороні, змушуючи його схилятися в напрямку до джерела світла.
Від світла залежать також терміни вегетації: кожен вид рослин починає і закінчує зростання, цвіте і виробляє насіння в певну пору року. У помірних широтах життєві цикли рослин пристосовані до коливань температури і до подовження або вкорочення світлового дня. Деяким видам для цвітіння необхідний довгий, а іншим короткий день. Там, де коливання температури і довжини світлового дня мінімальні, перш за все в тропіках, в координації життєвих циклів рослин може брати участь чергування періодів дощів і посухи.
Однорічні рослини запрограмовані на припинення зростання і відмирання в перший (і єдиний) рік свого життя, а продовження існування виду забезпечується насінням. На відміну від них багаторічні рослини, зокрема дерева, мають здатність до потенційно необмеженого росту. За рахунок верхівкових меристем всіх пагонів обсяг тканин щорічно збільшується, а за рахунок камбію відбувається зростання стовбура в товщину і підвищується його міцність. Здатність дерев рости до тих пір, поки вони живуть, а жити до тих пір, поки вони ростуть, демонструє приклад секвої з її гігантськими розмірами і потенційним безсмертям.
Життя багаторічників вдається продовжити за допомогою вегетативного розмноження. У відводків можна викликати утворення коренів (іноді за допомогою гормонів) і виростити з них нові рослини, що володіють тими ж генетичними ознаками, що і батьківська рослина. Див. Також гормони РОСЛИН.
ТВАРИНИ
На відміну від рослин, зростання яких відбувається шляхом подовження і розростання в сторони, більшість країн, що розвиваються тварин ростуть за рахунок збільшення розмірів кожного органу або тканини. Головний мозок росте спочатку швидко, але в міру того, як його клітини припиняють поділ і тільки збільшуються в розмірах, його зростання сповільнюється. Ріст і розвиток статевих органів відбувається в основному в період статевого дозрівання. Хоча кожен орган дотримується свого власного «розкладом», існує також механізм спільного контролю, який регулює кінцеві розміри тіла тварини. У хребетних цю роль виконує в основному гормон росту, що виробляється гіпофізом. Під дією гормону росту відбувається в першу чергу подовження кісток, кожна з яких припиняє зростання в довжину на певній стадії розвитку. Пов'язані з кістками тканини (м'язи, нерви, кровоносні судини, шкіра) перестають рости, коли крива зростання тварини досягає плато.
Описаний механізм росту властивий тваринам з детермінованим, або обмеженим, зростанням, в першу чергу - наземним тваринам: їх розміри не можуть перейти якась межа, за яким втрачається здатність підтримувати масу тіла. У багатьох водних тварин, навпаки, зростання триває невизначено довго навіть після настання статевої зрілості, і вони досягають дуже великих розмірів. Це пояснюється тим, що у водному середовищі тварини знаходяться як би в стані невагомості і їм не доводиться підтримувати своє тіло, а тому в процесі еволюції у них не виникло механізм обмеження росту. В цьому відношенні зростання риб схожий з ростом багаторічних рослин.
Зростання риб протягом усього життя відбувається за рахунок збільшення числа функціональних одиниць в їх органах і тканинах, тобто в структурах, клітини яких у більш високо організованих тварин перестають ділитися на відносно ранній стадії життя. Так, у риб у міру зростання додаються нові клітини в головному мозку і нові палички і колбочки в сітківці очей; можлива також диференціювання додаткових м'язових волокон в серцевому і скелетних м'язах. Кістки у риб ростуть за рахунок відкладення на їх поверхні нового матеріалу. У міру збільшення щелеп на них виростають як абсолютно нові зуби, так і заміщають втрачені. Луски збільшуються в результаті додавання нових кілець, а плавники подовжуються за рахунок формування додаткових сегментів на кінчиках їхніх кісткових променів.
Багато тварин в процесі розвитку зазнають метаморфоз. При цьому вони отримують можливість використовувати на різних стадіях життя різні місцеперебування і різну їжу. Наприклад, у лускокрилих личиночная стадія представлена лістояднимі гусеницями, а доросла - метеликами, які харчуються нектаром, перелітаючи з квітки на квітку. На стадії лялечки личинкові тканини поступово руйнуються, а з скупчень недиференційованих клітин - т.зв. імагінальних дисків - розвиваються крила і ноги. У жаб з ікри вилуплюються рослиноїдні пуголовки, які спочатку живуть у воді, а потім перетворюються в наземних м'ясоїдних тварин, що дихають повітрям. Хвости і зябра пуголовків резорбируются, а натомість розвиваються ноги і легені.
У деяких тварин властива зародку здатність до розвитку зберігається в дорослому стані, забезпечуючи відрощування втрачених частин тіла.
ПРОЦЕС ЗРОСТАННЯ У ЛЮДИНИ
Зростання в висоту кожної людини зумовлений його генами, про що свідчать расові відмінності, наприклад між пігмеями і бурунді. У високих батьків діти зазвичай бувають теж високими, а діти огрядних батьків схильні до повноти. Однак характер статури залежить також від харчування і гормональних впливів. Сучасна людина трохи вище ростом, ніж були його предки, які жили кілька століть назад; це частково можна пояснити поліпшенням харчування і охорони здоров'я, а частково - проявом «гібридної потужності», що створюється в результаті змішування генофондів при шлюбах між людьми різних національностей або рас.
Гормон росту сприяє зростанню в дитячому та юнацькому віці, але з настанням зрілості його вплив слабшає. Надлишок гормону росту призводить до гігантизму, а його недостатність - до карликовості.
Не дивно, що харчування має глибокий вплив на зростання, особливо в ранньому віці. Погане харчування в період розвитку плоду може викликати порушення проліферації клітин в розвиненому головному мозку і привести до розумової відсталості. Діти, які недоїдають, ростуть повільніше тих, хто харчується нормально, але якщо вчасно перевести їх на достатнє харчування, вони наздоганяють по зростанню своїх одноліток і, ставши дорослими, мало або зовсім не відрізняються по зростанню від інших людей.
На зростання в утробі матері багатодітній родині і вплив умови в матці, причому чимале значення має обмеженість простору. У близнюків маса при народженні зазвичай буває менше, ніж у дитини, яка народилася в результаті одноплодной вагітності, а у трійнят - менше, ніж у двійнят. У таких випадках подальший прискорений ріст може, в кінцевому рахунку, згладити колишнє відставання.
Див. також КЛЕТКА ; ЕМБРІОЛОГІЯ ; РЕГЕНЕРАЦІЯ .
