Морфогенез — це… Визначення, особливості, історія та етапи

Людина — складна система, окремі частини якої знаходяться в постійній взаємодії між собою і навколишнім середовищем. Кожен орган, тканина, клітина виконують свою строго визначену функцію, що робить наш організм максимально стійкий 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 систему органів. Вона включає в себе два основних підвиди: онтогенез (індивідуальний розвиток органів і систем у межах одного організму) та філогенез (еволюційний, або історичне, розвиток систем і окремих органів).

В основному у вивченні морфогенезу людини бере участь генетика. Але є і інші науки, які також вносять 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 неклеточных форм, хоча у них і немає 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 Тюрінгом в його роботі під назвою «Хімічні основи морфогенезу». У цій роботі був описаний математичний базис самоорганізації клітин і тканин.

Однак знання про морфогенезе значно збільшились при відкритті ДНК та її структури, розвиток 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 статися аномалії розвитку. Це можливо шляхом двох процесів: подрібнення і мітозу.
  • Детермінація — означає, що розвиток кожної клітини визначено. Якісь з них можуть бути тільки статевими, інші — лише епітеліальними, треті — нервовими і т. д.
  • Диференціація — клітина стає більш специфічною і виконує строго призначену їй функцію.
  • Індукція — одні клітини здатні впливати на розвиток інших. Таким чином, наявність індукції здатне активувати процес диференціації завдяки наявності спеціальних факторів регуляції морфогенезу.
  • Інтеграція — об’єднання структур, що займають більш низьку нішу ембріогенезу, більш складні. Наприклад, клітини утворюють тканини. Тканини — органи. Органи — системи.
  • Адгезія — здатність клітин утворювати контакти для обміну інформацією
  • Міграція клітин — здатність клітин переходити в межах ембріона.
  • Апоптоз — запрограмована загибель клітини.
Дивіться також:  Теорія Девіда Макклелланда, теза

Основні рівні

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

  • молекулярний;
  • клітинний.

Молекулярний рівень

Структури, які мають можливість впливати на морфогенез, отримали назву морфогенов. Їх поділяють на такі класи:

  • Фактори транскрипції — можуть взаємодіяти з ДНК, мають здатність регулювати експресію генів через катализацию, тобто прискорення їх транскрипції.
  • Структури, здатні регулювати міжклітинні контакти. Приміром, 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 те сполучна ланка між однією клітиною і всім організмом. Існують такі типи клітин, як епітеліальні і мезенхімальні. У процесі ембріогенезу вони можуть переходити один в одного. Внаслідок такого процесу як клітинна диференціація. При цьому можливо 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 набуває на етапі внутрішньоутробного розвитку, і після народження наші органи змінюються аж до самої смерті. Безліч вад розвитку органів відбуваються саме в ембріональному періоді. Однак варто виділити і інші стадії морфогенезу:

  1. Пренатальний — той самий внутрішньоутробний, від зачаття і до пологів. Він ділиться, у 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. Интернатальный — період всієї родової діяльності.
  4. Неонатальний — перші 28 днів життя.
  5. Постнатальний — 15 років після народження.
Дивіться також:  Паладій: де використовується, сфери застосування і властивості

Прогенез, фетогенез, киматогенез: що це таке?

Однак можна виділити ще один період, який почався ще до зачаття — це прогенез. Це етап, який має на увазі під собою закладку 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 періоду:

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

Киматогенез, в свою чергу, включає всі перераховані вище процеси: ембріогенез, прогенез і фетогенез. А вивчає його окрема наука, яка отримала назву «киматология». Вивченням розвитку ембріона і плода займається ембріологія.

Філогенез

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

  • Диференціація — в процесі формування організму певна частина клітин стає відокремленою, знаходячи власні функції і унікальна будова. Ця сукупність клітин утворює окрему тканина 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 втрачатися, так і набувати більшого значення в залежності від нових умов.
  • Розвиток органів може бути як у бік більшого вдосконалення і ускладнення, тобто прогресування, так і в бік спрощення (регресу).
  • 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 комплексны і складні. Постійна взаємодія окремих етапів індивідуального та еволюційного розвитку організму забезпечують можливість його існування в постійно мінливому зовнішньому середовищі.

Дивіться також:  Наукові революції і зміна типів раціональності: види, визначення, основні ознаки, характеристика, етапи розвитку і напрям