Основи загальної біології

 

Морфологічні та фізіологічні розходження між генетично однаковими клітинами однієї особини пов'язані з реалізацією різних потенцій. Наприклад, у рослинній клітині, що набуває зелене фарбування, «включаються» гени, відповідальні за синтез ферментів, які беруть участь у побудові хлорофілу, а у дерев'яніючій клітині – гени, відповідальні за синтез лігніну. Таке включення однієї інформації при одночасному вимиканні іншої (придушенні відповідних потенцій) називається диференціальною експресією генів.

 

Детермінація – це визначення шляхів диференціації тієї або іншої клітини. При цьому робиться вибір з великої кількості потенцій (генів, інформації), обумовлений диференціальною експресією генів.

Детермінація клітини може бути генетично запрограмована, може визначатися впливом сусідніх клітин, гормонів або різних зовнішніх факторів, а також піддаватися їхньому впливу. Детермінація може бути дефінітивна (остаточна), тобто стабільна, або ж лабільна, що піддається перебудові. 

 

Більшість організмів здатна заміняти (регенеруватися) втрачені клітини, тканини або органи. Така втрата може бути періодичною або безперервною, у результаті «зношування» (тоді вона відшкодовується шляхом фізіологічної регенерації), а може також бути наслідком випадкового ушкодження або експерименту (тоді регенерацію називають репаративною). Прісноводну гідру можна розрізати на 100 і більше частин, кожна з яких буде здатна регенерувати цілий організм. У морської зірки відновлюються не тільки відламані промені, але й повноцінний організм може вирости з окремого променя (рис. 7.16).

Таким же чином рослини можуть розмножуватися черешками. Цілі рослини можуть регенеруватися навіть із окремих клітин. У хребетних регенераційна здатність обмежена внутрішніми органами та фізіологічною регенерацією; у нематод (кульових черв’яків), п'явок та морських їжаків вона зовсім відсутня. Регенерація може відбуватись за рахунок клітин, що залишились ембріональними – клітин камбію (у рослин), археоцитів (у губок). Ці клітини мігрують (у тварин) до місця поранення і утворюють бластему, яка потім проходить крізь періоди 

 

Рис. 7.16. Регенерація морської зірки

А, Б, В – послідовні стадії регенерації

зростання і диференціювання. Справжнє передиференціювання (метаплазія) розповсюджена у рослин: клітини постійної тканини дедиференцюються у ембріональну калусну тканину (калус поранення), яка, знову диференціюючись, регенерує усі втрачені тканини. У рослин та багатьох тварин процеси регенерації знаходяться під гормональним контролем.

 

Плин людського життя від народження до смерті, включаючи фази швидкого росту, статевого дозрівання, дорослу стадію й період старості, очевидно, запрограмовано генетично. Хоча середня очікувана тривалість життя в результаті успіхів медицини за останні сто років в розвинених промислових країнах майже подвоїлася й росте далі, максимальна тривалість життя залишилася майже .

Процес старіння найбільш вивчений у ссавців. Він супроводжується дуже різноманітними змінами в тканинах й органах. Відповідно до кальцієвої теорії, старіння значною мірою пов'язане з порушенням обміну кальцію. Високі дози вітаміну D або паратгормону в пацюків можуть викликати відкладення кальцію, який витягається з костей, у стінках судин, шкірі, кришталику тощо разом з іншими симптомами старіння. З іншого боку, вміст кальцію в артеріях у дуже старих коней (30 років) відповідає такому в 30річного парубка. Інші теорії підкреслюють роль нагромадження волокнистого білка колагену (у шкірі, судинах тощо, де він потім із часом ущільнюється) або ліпофусцину (пігмент старіння, що накопичується, наприклад, у серцевому м'язі й нервовій тканині). Однак м'язи, що теж старіють, не накопичують колагену. А під час експериментів, коли у молодих пацюків викликали прискорене утворення «пігментів старіння» (створюючи недостачу СО2, вітаміну Е тощо), очікувана тривалість життя не зменшувалася. Тому відкладення кальцію, нагромадження колагену або ліпофусцину – це скоріше симптоми, чим причини старіння.

Наразі найбільш обґрунтована теорія соматичних мутацій. У соматичних клітинах (клітинах тіла), так само як й у статевих, можуть спонтанно відбуватися мутації, які, як правило, негативно впливатимуь на функціонування клітини. Нагромадження таких мутацій веде до порушення функцій організму та, зрештою, до смерті.

 

 

Інтеграція, тобто об'єднання частин в одне гармонічне ціле, у багатоклітинних організмів здійснюється в першу чергу за допомогою двох комунікаційних систем – нервової системи (вона є тільки у тварин) і гормональної системи (яка є й у рослин).

Гормони (інкрети) – це органічні сполуки, які утворюються в спеціалізованих клітинах, вивільняються в невеликих кількостях (внутрішня секреція), транспортуються по організму (у тварин – з рідинами тіла, у рослин в основному через живі клітини) і специфічно управляють функціями інших клітин («клітинмішеней») або органів, які значно віддалені від місця їхнього утворення. 

У людини (та інших ссавців) відомі наступні залози внутрішньої секреції: система гіпофіз – гіпоталамус, епіфіз, щитовидна залоза, паращитовидні залози, острівці Лангерганса в підшлунковій залозі, наднирниковики (кора й мозкова речовина), гонади (яєчники, сім’яники) і плацента (рис. 7.21). Гормони можна розділити на три функціональні групи (табл. 7.3).