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.

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.

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.