Морфогенез. Визначення, особливості, історія та етапи

Навчання 02 липня 2022 Перегляди: 113

Людина — складна система, окремі частини якої знаходяться в постійній взаємодії між собою і навколишнім середовищем. Кожен орган, тканина, клітина виконують свою суворо визначену функцію, що робить наш організм максимально стійким до зовнішніх подразників. Як це стало можливим, як наш організм розвивався з часом, щоб стати таким досконалим, вивчає окремий розділ генетики під назвою «» морфогенетика «».

Що таке морфогенез?

Морфогенез — це послідовність певних етапів, які проходить у своєму розвитку окремий орган або система органів. Вона включає в себе два основних підвиди: онтогенез (індивідуальний розвиток органів і систем в межах одного організму) і філогенез (еволюційний, або історичний, розвиток систем і окремих органів).

В основному у вивченні морфогенезу людини бере участь генетика. Але є й інші науки, які також роблять внесок у накопичення знань про розвиток органів людини:

• молекулярна біологія;
• фізіологія;
• біохімія;
• порівняльна анатомія;
• палеонтологія;
• теорія еволюції.

Особливості та історія

Онтогенез характеризує собою розвиток тканин, органів і систем в ембріональний період розвитку. Крім зрілого людського організму, процес морфогенезу може також відбуватися в культурах клітин і новоутвореннях. Також даний процес відбувається у некліткових форм, хоча у них і відсутня ембріональна стадія.

Вперше припущення про формування органів і про те, як умови зовнішнього і внутрішнього середовища можуть на нього вплинути, були висловлені в 1952 році Аланом Тьюрінгом в його роботі під назвою «Хімічні основи морфогенезу» «. У цій роботі був описаний математичний базис самоорганізації клітин і тканин.

Однак знання про морфогенез значно збільшилися при відкритті ДНК і її структури, розвитку таких наук, як молекулярна біологія і біохімія. Важливим стало відкриття молекулярних механізмів роботи генів.

Основні процеси

В ембріогенезі, тобто внутрішньоутробному розвитку, виділяють такі основні процеси морфогенезу:

• Клітинне розмноження — збільшення їх кількості, при якому набір хромосом повинен бути строго розподілений серед наступних клітин, інакше можуть відбутися аномалії розвитку. Це можливо шляхом двох процесів: дроблення і мітозу.
• Детермінація — означає, що розвиток кожної клітини зумовлений. Якісь із них можуть бути тільки статевими, інші — лише епітеліальними, треті — нервовими тощо.
• Диференціація — клітина стає більш специфічною і виконує суворо призначену їй функцію.
• Індукція — одні клітини здатні впливати на розвиток інших. Таким чином, наявність індукції здатна активувати процес диференціації завдяки наявності спеціальних факторів регуляції морфогенезу.
• Інтеграція — об’єднання структур, що займають більш низьку нішу ембріогенезу, в більш складні. Наприклад, клітини утворюють тканини. Тканини — органи. Органи — системи.
• Адгезія — здатність клітин утворювати контакти для обміну інформацією
• Міграція клітин — це здатність клітин пересуватися в межах ембріона.
• Апоптоз — запрограмована загибель клітини.

Основні рівні

Морфогенез — це складна, високоточна система, яка відбувається на багатьох рівнях організму. Умовно виділяють два основних рівні регуляції розвитку всього організму:

• молекулярний;
• клітинний.

Молекулярний рівень

Структури, які мають можливість впливати на морфогенез, отримали назву морфогенів. Їх підрозділюють на такі класи:

• Фактори транскрипції — можуть взаємодіяти з ДНК, мають здатність регулювати експресію генів через каталізацію, тобто прискорення, їх транскрипції.
• Структури, здатні регулювати міжклітинні контакти. Наприклад, на одному з етапів внутрішньоутробного розвитку, гаструляції, клітини втрачають зв’язок один з одним, мігрують в нове місце, де знову знаходять здатність утворювати нові контакти.

Клітинний рівень

Що він собою являє? Морфогенез — це послідовність реакцій, які неможливі без постійної взаємодії клітин один з одним. Ніша стовбурової клітини — це саме та сполучна ланка між однією клітиною і всім організмом. Існують такі типи клітин, як епітеліальні та мезенхімальні. У процесі ембріогенезу вони можуть переходити один в одного. Внаслідок такого процесу як клітинна диференціація. При цьому можливе також їх переміщення з одного місця в ембріоні в інше.

Етапи розвитку організму

Людський організм у своєму розвитку проходить певні етапи. І хоча морфогенез — це механізм, який найбільше своє значення знаходить на етапі внутрішньоутробного розвитку, і після народження наші органи змінюються аж до самої смерті. Безліч патологій розвитку органів відбуваються саме в ембріональному періоді. Однак варто виділити й інші стадії морфогенезу:

1. Пренатальний — той самий внутрішньоутробний, від зачаття і до пологів. Він ділиться, в свою чергу, на ембріональний і фетальний періоди. Їх терміни: 8 тижнів після зачаття і після закінчення ембріонального періоду до пологів відповідно.
2. Перинатальний — період з 22 тижнів внутрішньоутробного розвитку до 7 перших днів життя.
3. Інтернатальний — період всієї родової діяльності.
4. Неонатальний — перші 28 днів життя.
5. Постнатальний — 15 років після народження.

Прогенез, фетогенез, кіматогенез: що це таке

Однак можна виділити ще один період, який почався ще до зачаття — це прогенез. Це етап, який передбачає під собою закладення статевих клітин в організмі майбутніх батьків. Саме прогенез можна назвати етапом початку морфогенезу.

Окремо також виділяють такий період, як фетогенез. У ньому є ще два періоди:

• ранній фетальний — з 76 по 180 день вагітності;
• пізній фетальний — з 181 по 280 день вагітності.

Кіматогенез, у свою чергу, включає всі перераховані вище процеси: ембріогенез, прогенез і фетогенез. А вивчає його окрема наука, яка отримала назву «» кіматологія «». Вивченням розвитку ембріона і плоду займається ембріологія.

Філогенез

Вище детально була розглянута така частина морфогенезу як онтогенез. Однак варто приділити увагу також філогенезу — розвитку окремих видів у процесі еволюції. Як і в онтогенезі, у філогенезі також є свої принципи, на яких він побудований:

• Диференціація — у процесі формування організму певна частина клітин стає відокремленою, здобуваючи власні функції та унікальну будову. Ця сукупність клітин утворює окрему тканину або орган.
• Інтеграція — зміцнення зв’язків між окремими клітинами і цілими системами органів.
• Кожен орган має як основну функцію, так і безліч другорядних, які дають можливість перетворюватися і адаптуватися до нових умов.
• Основна функція може як втрачатися, так і знаходити більше значення залежно від нових умов.
• Розвиток органів може бути як у бік більшого вдосконалення та ускладнення, тобто прогресування, так і в бік спрощення (регресування).
• Кореляція — всі частини організму знаходяться в тісному взаємозв’язку один з одним, зміна однієї його частини несе за собою зміну всього організму.

Таким чином, морфогенез і його біологічна сутність вкрай комплексні і складні. Постійна взаємодія окремих етапів індивідуального та еволюційного розвитку організму забезпечують можливість до його існування в постійно мінливому зовнішньому середовищі.