Studiind curs de anatomie școală, secțiunea de fertilizare sora întrebat, ca parte deja împărțită în mai multe părți ou „înțeleg“, care singur ar trebui să fie un fir de păr, celelalte oase, și unele creiere etc. Corpurile sunt formate în secvență, unii continuă să formeze pe tot parcursul vieții .. ca o echipa trebuie depusă „pentru a începe construirea“ și „completează formarea.“ Și dacă aceste echipe vor fi formate nu dintr-un singur punct - va exista haos. Unde este atunci centrul?
Această întrebare - nu pentru copii. Este, de fapt, nu una, ci câteva întrebări, și ele afectează toate cele mai importante probleme abordate de mare, foarte complex și în rapidă dezvoltare știință - dezvoltare biologie. Bun și detaliate răspuns la aceste întrebări în câteva cuvinte este imposibil. Răspunsurile se găsesc în cărți mari și groase și mii de articole. O mare parte din această știință este încă neclar, iar noile descoperiri sunt realizate aproape zilnic.
Dar unele principii generale pot încerca să explice.
Să începem cu „United Center“, fără de care „haos acolo.“ Surprinzător, acest lucru nu este cazul. O mulțime de celule se divid se poate comporta destul de sensibil și de a construi structuri complexe, chiar dacă acestea nu au un singur centru de control. Astfel de procese se numesc „auto-organizare“. Din păcate, mintea umană este constituită, astfel că este foarte greu de înțeles aceste procese. Când ne confruntăm cu exemple de auto-organizare, se pare că întotdeauna unele miracol inexplicabil. De exemplu, ca și de la moleculele de vapori de apă în mișcare aleator format gheață modele frumoase pe sticlă sau fulgi de zăpadă? În cazul în care este „program pentru a crea fulgi de zăpadă“ sau „desen“? Desenul nu există nicăieri, dar programul - sunt acele proprietăți fizice ale moleculelor de apă, care determină formarea de cristale de gheață.
Dar să revenim la aglomerări de celule - micul făt, care a fost format din ou, ca urmare a primelor câteva diviziuni. Fiecare celulă a embrionului este de aceeași genă (set de gene). Genomul definește toate proprietățile celulelor, este „un program de comportament.“ Programul este pentru toate celulele embrionului este aceeași. La scurt timp, cu toate acestea, celulele încep să se comporte diferit: unele sunt transformate în celule ale pielii, altele - în celulele intestinului, și așa mai departe. Acest lucru se datorează faptului că celulele comunica - trimiterea reciproc semnale chimice și de a schimba comportamentul lor în funcție de ce semnalele pe care le-au primit de la vecinii lor. Semnalele pot fi de natură fizică: celulele pot „simți“ de vecinii săi, în cazul în care trage sau împingeți-l. În plus, unele semnale care provin din lumea exterioară. De exemplu, celulele embrionare plante sens gravitatea și să-l în considerare atunci când se decide cum să se comporte. De exemplu, acele celule în care celulele vecine au doar partea de sus, încep să se întoarcă la rădăcină, iar cei care au doar vecinii din partea de jos - în tulpină. În cele din urmă, oul poate fi de la bun început să aibă un simplu „marcaj“, unul dintre polii săi pot fi diferite unul de altul, în concentrația de ceea ce unele substanțe.
Comportamentul programului în toate celulele inițial una și aceeași, dar poate fi destul de complexe și constau din mai multe seturi separate de reguli. Care dintre seturile de reguli, această celulă va fi urmat depinde de semnalele primite de celula. Fiecare „regula“ individ arata ceva de genul: „dacă următoarele afirmații sunt câteva condiții care fac o acțiune cutare și cutare.“ Principalele acțiuni care fac celulele - este pornit sau oprit anumite gene. Activarea sau dezactivarea genei modifică proprietățile celulei, și începe să se comporte diferit răspund în mod diferit la semnalele.
Cum se face ca celulele care au același comportament program și sunt aparent condiții identice, încă se comportă diferit? Faptul ca celulele fetale sunt de fapt în diferite condiții - este doar o chestiune de ceea ce se întâmplă în procesul de diviziune celulară. Cineva a fost în interiorul cineva din afara, cineva din partea de jos, cineva din partea de sus, cineva concentrația ingredientului A este mare (deoarece celula este formată dintr-o parte a oului în cazul în care substanța a fost mult), și în care substanță -Că Puțin.
Chiar și în celulele pot fi „diviziuni contra“ care le spune de câte ori ovulul este deja partajat. Acest contor, de asemenea, produsul chimic: în ou au fost inițial anumite substanțe, dintre care stocul nu este alimentată în timpul dezvoltării embrionare, și cât de mult este lăsat într-o cușcă aceste substanțe pot înțelege cât de multe diviziuni au trecut de la începutul dezvoltării.
program de comportamentul celulelor poate cuprinde, de exemplu, aceste comenzi:
„Dacă vă aflați în afara,
și în cazul în care concentrația substanței A în așa-vă (stocat într-un astfel de interval)
și în cazul în care concentrația substanței B din jurul tău este zero,
și dacă de la începutul dezvoltării au trecut 10 divizii,
apoi începe să secreta o substanță B“.
Ce va împlinirea unei astfel de echipe? Aceasta va conduce la faptul că pe suprafața embrionului la un moment dat (după zece diviziuni) va fi o singură celulă, secreta o substanta B. Acesta va fi amplasat pe o distanță bine definită de la unul dintre polii embrionului, deoarece în acest exemplu, substanța A fost utilizată pentru original marcând oul. Prin urmare, concentrația substanței O celulă poate determina la ce distanță de polul embrionului se află. De ce o astfel de celulă secretă o substanță B, va fi doar unul? Și pentru că a fost instrucțiunea: „În cazul în care concentrația de compus B din jurul tău este zero.“ Odată ce prima celula în care a îndeplinit condițiile B pentru a da afara o concentrație a substanței de această încetare substanță a fi zero, și, prin urmare, alte celule încep să-l excreta.
Ce se întâmplă dacă am elimina din instrucțiunile programului „În cazul în care concentrația de compus B din jurul tău este zero“? Apoi, substanța B va începe să iasă în evidență nu o singură celulă, iar întreaga bandă de celule care înconjoară embrionul la o anumita distanta de la poli. Lățimea curelei și poziția sa (mai aproape sau mai departe de poli, în cazul în care concentrația este maximă A) va depinde de ce concentrația ingredientului A sunt specificate în instrucțiunile „În cazul în care concentrația ingredientului A din tine cutare și cutare.“
Acum embrion nostru este marcat este mult mai complex și mai interesant decât înainte. El are o „parte frontală“, în care o mulțime de A și B de concentrare crește din față spre spate; are o curea centrală, în care concentrația maximă de B; și el are partea din spate, în cazul în care există puține A și B, în cazul în care concentrația scade din față spre spate. embrion nostru este subdivizat în delimitat brusc de la fiecare alte părți, în care celulele sunt în diferite condiții și, prin urmare, se vor efectua diferite rutine programul său original de ansamblu.
Am împărțit embrionul în față, mijloc și back office. Ele pot fi, de exemplu, cap, corp si coada. Dar aș vrea să înțeleagă unde este din nou, și în cazul în care stomacul. Cum de a face acest lucru? Este foarte simplu, am trecut deja. Pentru instrucțiuni, ceea ce duce la apariția de doar o singură celulă sau grupuri mici de celule, eliberând orice substanță (de exemplu, B), pe fiecare „parte“ a embrionului, undeva la mijloc între cap și coadă. Și lăsați aceste lucruri în programul va începe să crească frumos creasta dorsală verde, în cazul în care soarta sa, și un program pentru crearea de burtă roz moale în cazul în care nu este suficient.
În cazul în care embrionul este deja atât de bine și în detaliu „marcat“, fiecare grup de celule pot determina în cazul în care este ușor și activează recoltate în acest caz, o subrutină (un set de reguli de comportament).
În timpul dezvoltării embrionare, într-adevăr, aici și acolo există „centre de control“ speciale - grupuri de celule care produc o substanță care este utilizată pentru a semnala alte celule și influențează comportamentul lor. Dar toate celulele se comporte încă în strictă conformitate cu programul genetic original, care este tot unul și același. Centrele de control apar spontan, prin auto-organizare, nimeni intenționat să nu se lipi. Și nu există nici o „gestionare unică, centralizată,“ mai inteligent, rezonabil, acest lucru nu este necesar.
La aceste animale dezvoltarea de mai multe și mai dificil decât imaginat în exemplul nostru, dar, destul de ciudat, nu de mult. De exemplu, majoritatea animalelor pentru „marcaj longitudinal“ embrionul este folosit aproximativ o duzină de substanțe de semnalizare (în exemplul nostru, am reușit două - A și B). Pentru producerea acestor substanțe îndeplinesc grupul specific de gene - „gene Hawks“ așa-numitele Pentru separarea pe țesuturi de embrioni (nervos, muscular, epitelial, etc ...) Utilizeaza trei duzini de alte substanțe de semnalizare - sunt numite Mirna. Dar este - numai cele mai importante de reglementare de dezvoltare, dar există încă o mulțime de sprijin, iar oamenii de știință nu au fost încă dat seama toate proprietățile și funcțiile lor.
Substanțe de semnalizare controlează comportamentul celulelor germinale este foarte puternic. De exemplu, dacă taie o coada mormoloc și fixați pe rana una dintre aceste substanțe în loc de noua coada unui mormoloc cresc o grămadă de picioare mici. Astfel de experimente crude au fost efectuate la începutul secolului XX,. Apoi, cazul a luat genetica, care m-au învățat activitatea genelor în anumite părți ale embrionului. Inclusiv acele gene care produc substanțe - regulatori de dezvoltare. Una dintre cele mai interesante descoperiri ale geneticii este că genele care controlează dezvoltarea, au fost foarte asemănătoare în toate animalele. Ei chiar pot fi transplantate de la un animal la altul, și ei vor lucra. De exemplu, dacă luați gena mouse-ul, care include formarea de rutină ochi mouse-ul, și să-l lucreze în fașă picioare acoperi, apoi Mushin piciorul începe să se formeze ochi. Cu toate acestea, nu un ochi mouse-ul, și a lui Fly.
Deci, ne-am dat seama că, în genomul nu este „desen“ a organismului pentru adulți, ci doar un program de comportament de celule individuale. organismul adult „auto-organizare“ pur și simplu datorită faptului că fiecare celulă ar trebui să fie strict același comportament de program. Matematicienii spun că codificate în genomul unui desen animal adult ar fi mult mai complicat decât acest program. Acest program, destul de ciudat, de la sine este mult mai simplu decât organismul rezultat. Și, în cazul în care dezvoltarea noastră nu a fost prin auto-organizare pe baza programului și în desen, ar fi mult mai dificil să evolueze.
Acum o sută de ani, când oamenii de știință nu au știut legile de dezvoltare a embrionului, mult în evoluția părea să-i neînțeles. De exemplu, unii oameni de știință se întreba cum poate procesul de evoluție a alungi toate cele patru picioare, în același timp - din cauza acestui fapt, au motivat, este necesar să se modifice lungimea de mutatii simultan o dată toate cele patru picioare! Într-adevăr, în cazul în genomul unui desen al unui organism adult a fost înregistrată, ar lua pentru a face acest desen cât mai multe patru amendamente pentru a crește durata de patru picioare. Acum știm că dezvoltarea este în program, care este suficient pentru a face doar o modificare a lungimii de toate cele patru membre sa schimbat, și a schimbat în același mod.
Răspuns: Alexander Markov
Care sunt diferitele tipuri de țesut într-un organism multicelular? Care este funcția epiteliului? Care sunt celulele musculare? Și cum se produce moartea celulelor? Acest lucru spune dr Evgeny Cheval.
Alăturați-vă procesul sexual, se poate cu reprezentantul oricăruia dintre sexe, cu excepția lui. Celulele obținute ca urmare a procesului sexual, nu moștenesc jumătate din „părinții“ lor - au alege la întâmplare din mai multe opțiuni. Echipa de oameni de știință din SUA și China să înțeleagă detaliile acestui aspect al vieții private a ciliate.
Multe gene din organism efectua o dată două sau mai multe funcții. Astfel, există „un conflict de adaptare“: mutatii care îmbunătățesc una dintre funcțiile, rău altora, și, prin urmare, nu poate fi stabilită. Biologii de la Duke University (SUA) au reușit să arate un exemplu concret, că suprapunerea unei gene bifuncțional duce la diviziunea muncii între copiile apărute. Fiecare dintre copiile soluțiilor optimizate pentru una dintre cele două sarcini, și efectuarea ambelor funcții, ca urmare a deveni mai eficiente.
Între două populații izolate, mai devreme sau mai târziu, există o incompatibilitate genetică manifestată prin scăderea viabilității sau progenituri hibrid steril. Conform modelului clasic Dobzhansky-Møller, incompatibilitate apare ca un efect secundar de fixare bazine genetice in doua mutatii diferite, dintre care unele sunt în vigoare intamplarea simple sunt incompatibile cu mutații înrădăcinate într-un alt bazin de gene.
Gene Prdm9 - numai identificat sterilitate hibridă de genă de mamifer ( "gena speciație"). combinație nereușită de alele (variante) Prdm9 cu alte gene duce la infertilitate la șoareci hibrizi interspecifici. La om, mutatii in aceasta gena poate duce, de asemenea, la infertilitate masculină.
O etapă importantă a speciație este formarea de incompatibilitate genetică (izolarea postzigoticheskoy) între opiniile divergente, care se manifestă în sala de fitness redus de hibrizi. În cazul în care cele două populații nu încrucișa mult timp, ele construiesc în mod inevitabil alele reciproc incompatibile, deoarece selecția nu verifică compatibilitatea dintre cele doua gene in gene-bazine separate. Până în prezent, eforturile de cercetare au fost concentrate pentru a gasi gene incompatibile in genomul de specii sunt deja împărțite. biologi americani au descoperit ca perechile conflictuale de alele frecvent întâlnite în cadrul unui fond de gene unice, specie nedivizat.
Comparând nivelul de activitate 907 gene la oameni, cimpanzei, urangutani și maimuțe rhesus a relevat 30 de gene a caror activitate la om a crescut dramatic în comparație cu alte primate și 19 gene cu activitate scăzută. In primul grup au fost o mulțime de factori de transcripție, adică, gene a căror funcție este de a reglementa activitatea altor gene. Printre gene a căror activitate este crescută la cimpanzei, factori de transcripție este mult mai puțin. Evident, schimbările în activitatea de gene de reglementare a jucat un rol major în evoluția a fost linia umană.
biologi americani au efectuat un experiment evolutiv, în timpul căreia 640 de linii de drojdie, care provin din 64 de celule diferite genetic fondator adaptat la aceleași condiții timp de 500 de generații. Creșterea în liniile de test de fitness a fost mai rapid, mai mică a fost fondatorul original al fitness. Ca urmare, diferențele de fitness au fost netezite până la sfârșitul experimentului. Un set de mutații utile, înrădăcinată în linii diferite, nu depind inițial și genotipul au fost diferite la nivelul nucleotidelor, deși multe dintre ele sunt afectate de aceleași gene. Studiul nu a evidențiat interacțiuni specifice între mutații, dar a constatat că utilitatea aceeasi mutatie scade odată cu creșterea generală de fitness a genotipului.