Биология
Шрифт:
Рис. 26. Схема митоза.
Метафаза. Хромосомы представлены компактными палочковидно изогнутыми тельцами. Каждая хромосома образована двумя тесно связанными половинками – хроматидами. Такие реплицированные (двойные) хромосомы прикрепляются к веретену с помощью особых структур, называемых кинетохоры. В метафазе хромосомы четко сгруппированы в центре клетки, их свободные концы обращены к периферии. Образуется фигура, называемая «материнской звездой» или метафазной пластинкой. Упорядоченное расположение хромосом в метафазной пластинке – это, главным образом, результат действия
Анафаза. Началом ее является взаимное синхронное разделение всех хромосом на сестринские хроматиды, которые начинают движение к противоположным полюсам. Основное правило анафазы – хроматиды от одной хромосомы расходятся в разные стороны. Движение связано с укорочением микротрубочек кинетохора. В анафазе хроматиды называют дочерними хромосомами. Заканчивается анафаза сближением дочерних хромосом у противоположных полюсов, где они образуют две «дочерние звезды».
Телофаза – заключительная стадия митоза, связанная с реконструкцией ядер. Хромосомы деспирализуются и уже не различаются как отдельные морфологические структуры. Ахроматиновое веретено растворяется. Формируются путем сборки ядерные мембраны, начинается цитокинез – деление цитоплазмы. В животных клетках оно происходит путем гантелевидной перетяжки между ядрами, ее разрыва и образования двух дочерних клеток. Длительность всего клеточного цикла зависит от внешних и внутренних факторов, а также типа клеток. Наиболее короткой фазой является анафаза, максимальную продолжительность имеет интерфаза.
Регулирует и контролирует процессы митоза группа гормонов, относящаяся к факторам роста (см. ниже).
Отмечен суточный ритм митозов, связанных с биоритмами каждого организма. Так, у животных с ночным образом жизни пик митозов приходится на ранние утренние часы, у дневных животных и человека максимум митозов наблюдается в вечерние часы суток. Как долго исходная клетка может делиться митозом? Наблюдения над клетками соединительной ткани (нормальные фибробласты), выращенными в условиях лаборатории, показали, что способность каждой клетки данной линии делиться ограничена 50-ю удвоениями (лимит Хейфлика), после чего эта линия клеток погибает за счет исчезновения теломер. Если клеточную культуру заморозить на длительный срок после 10-го и 20-го удвоения, а затем разморозить, они все равно дадут только 50 удвоений. Также ведут себя и другие типы клеток, что обусловлено их генетической памятью. Клетки, как бы имеют «встроенные часы», точно отсчитывающие число делений своей линии. Жизнь клетки как любой живой системы ограничена.
В 1972 году ученый Ж. Керр впервые описал апоптоз – запрограммированную клеточную гибель. Апоптоз регулируется показателями внешней среды и рядом внутренних факторов, связанных с системой гомеостаза. Гомеостаз – постоянство внутренней среды организма. Посредством гомеостаза обеспечивается точный баланс различных видов клеток на определенных этапах онтогенеза.
Однако, из общего правила есть исключения. Культивируемую линию клеток можно превратить в «бессмертную», обработав вирусом рака. Сейчас существует около 600 бессмертных, трансформированных клеточных линий Наиболее известна линия клеток человека, называемая HeLa, которая возникла в 1952 г., в культуре ткани, взятой из матки женщины. С тех пор она непрерывно культивируется. Чтобы животные клетки приобрели способность к неограниченному клеточному делению, они должны обрести некоторые особенности раковых клеток.
Биологическое значение митоза. Точный механизм клеточного деления обеспечивает качественное явление жизни – наследственность. В ходе митоза (клеточный цикл) происходит передача генетического материала в бесчисленных поколениях клеток. Митотическое деление клеток делает возможным рост и развитие. Оно поддерживает структурную целостность организмов посредством восстановления компонентов тканей, утраченных в ходе нормальной жизнедеятельности или при различных повреждениях.
Рост клетки
Закончив
Мn где: Мn – масса ядра,
Мс Мс – масса цитоплазмы.
Рост клеток контролируется факторов роста. Система включает: 1) белковый фактор роста, 2) специфические к нему клеточные рецепторы, 3) связывающие белки, которые регулируют поступление к клетке факторов роста. Помимо роста клеток, фактор роста оказывает свое действие на различные фазы клеточного цикла. Белковые факторы роста разнообразны и входят в группу гормонов роста. Особенностью их является то, что они вырабатываются не специальными железами, а неспецифическими клетками, находящимися во многих тканях. Наиболее изученным фактором роста является инсулиноподобный фактор. Он очень похож на белок инсулин, но ген инсулина находится у человека в хромосоме 19, а ген инсулиноподобного фактора роста – в хромосоме 15. Таким образом, эти белки являются продуктами различных генов.
Рост клетки сопровождается усилением пластического обмена и требует значительного напряжения энергетических процессов. На заключительном этапе роста клетка дифференцируется – приобретает специальные черты и становится функционально активной.
Раздел III. Организменный (онтогенетический) уровень организации живого/Размножение – фундаментальное свойство жизни
Размножением называется способность особи производить себе подобных, то есть давать потомство. Необходимость продолжения рода обеспечивается программой организма, которая имеет генетическую основу и выполняется при участии кластеров – интегрированных блоков генов. Это блоки эволюционной памяти, где отражены важнейшие этапы эволюции данного вида. Никто не учит живые организмы совершать порой чрезвычайно сложные действия для того, чтоб обеспечить появление и нормальное развитие своего потомства. Указанные особенности закреплены эволюционно и проявляются в виде инстинктов.
Составными элементами размножения являются наследственность, рост и развитие.
Наследственность обеспечивает тождество между родителями и потомками, тем самым, сохраняя непрерывность жизненного пути.
Рост – механизм, восстанавливающий дефинитивное состояние особей. В отсутствие роста любой способ размножения приводит к быстрому измельчению потомства и угасанию жизненного цикла в данной генетической линии.
Развитие – важный, но не обязательный элемент размножения. У некоторых примитивно организованных живых существ развитие выпадает, поскольку основные черты клеточной организации сохраняются.
Функция размножения отличаются от многих других функций тем, что служит интересам вида, а не индивидуума. В ходе эволюции жизненный успех сопутствовал тем видам, которые лучше размножались и давали более плодовитое потомство с лучшими шансами на выживание. Именно этим объясняется, почему многие особенности живых организмов, как структурные, так и поведенческие, подчинены интересам размножения, а в ходе онтогенеза для этого формируются специальные системы органов.
Типы размножения
Бесполое размножение животных может происходить следующими способами.
1. Митотическим делением клетки. Это наиболее распространенный способ репродукции клеток, свойственный многоклеточным и одноклеточным организмам.
2. Простым делением клетки. Так размножаются, в частности, прокариотические клетки.