Умблик
10 класс · углублённый
Биология · 10 класс · углублённый уровень
Биология · углублённый уровень · 10 класс · Урок 79

Кто задаёт план зародыша: индукция, сигналы между клетками и работа генов

Клетки зародыша получают сигналы от соседей и включают разные программы активности генов. Разберём классический опыт Шпемана и Мангольд, нервную индукцию и границы фразы «ген определяет орган», а также почему воздействие среды нельзя оценивать без дозы и времени.

Размножение и развитие организмов

Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс

Размножение и развитие организмов

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

  • Взаимное влияние частей зародыша
  • Эмбриональная индукция
  • Организатор Шпемана и опыт Х. Шпемана — Х. Мангольд
  • Закладка нервной пластинки
  • Иерархические взаимодействия генов
  • Сигнальные вещества и рецепторы
  • Факторы окружающей среды, доза и стадия развития
  • Границы эмбриологических моделей
Индивидуальное развитие: два примера жизненного циклаЯйцоЛичинкаКуколкаИмагоПример: бабочка — развитие с полным превращением.ЗародышДетёнышВзрослая особьПример: многие млекопитающие — без личинки и куколки.
Схема развития животного задаёт порядок событий; сигнальные вещества и области экспрессии генов в ней показаны лишь текстовой моделью.

Как это устроено

Классический опыт Ханса Шпемана и Хильде Мангольд на зародышах амфибий показал: пересадка определённой области ранней гаструлы может вызвать организацию дополнительной оси у принимающего зародыша. Это не значит, что пересаженная ткань в одиночку построила весь второй организм: важны сигналы и ответ компетентных клеток хозяина. Историческую заслугу Мангольд нельзя опускать из названия эксперимента. Сегодня организатор объясняют не магическим центром, а взаимодействием многих сигнальных путей.

При нервной индукции соседние ткани создают условия, при которых часть эктодермы становится нервной пластинкой. Клетки должны находиться в нужной стадии и быть способны ответить; воздействие в другой момент может иметь иной эффект. На схеме следует разделить источник сигнала, клетку-мишень, её рецептор и получившееся изменение активности генов. Из одного факта близости двух тканей нельзя заключить, что индукция уже доказана — нужны экспериментальные сравнения.

План строения возникает из взаимодействия унаследованной информации, материнских факторов яйцеклетки, сигналов между клетками и физического положения клеток. Гены не являются готовыми чертежами органов: они кодируют продукты, регулируют другие гены и участвуют в сетях, которые меняются во времени. Один и тот же ген может действовать в разных тканях и давать разные последствия в зависимости от контекста. Поэтому формула «есть ген сердца — значит сердце появится само» скрывает необходимые межклеточные процессы.

Условия среды могут влиять на эмбриональное развитие, но слово «влияние» не равно «неизбежный вред». Для оценки нужны вид и стадия организма, доза, длительность, путь воздействия и надёжные данные. Школьный урок рассматривает проверенные модели и не должен давать советы о беременности или трактовать личную медицинскую историю. Отдельно различайте наблюдение развития, гипотезу о причине и подтверждённый причинный эксперимент.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Эмбриональная индукция

Изменение направления развития клеток зародыша под влиянием сигналов соседних клеток или тканей при наличии способности отвечать на них.

Пример: Сигналы организующей области амфибии могут изменить развитие соседней эктодермы в направлении нервной ткани.

Компетентность ткани

Способность клеток на определённой стадии ответить конкретным образом на индукционный сигнал.

Пример: Одна и та же молекула не вызывает одинаковый ответ у всех клеток и во все сроки развития.

Организатор Шпемана

Область раннего зародыша амфибии, чьи сигналы и клеточные взаимодействия помогают организовать оси и ткани соседних областей.

Пример: Пересадка области дорсальной губы бластопора в классическом опыте сопровождалась формированием дополнительной оси.

Нервная индукция

Совокупность межклеточных влияний, при которых часть эктодермы позвоночного начинает развиваться в нервном направлении.

Пример: Сигналы мезодермальных и других тканей влияют на формирование нервной пластинки.

Сигнальный путь

Цепь восприятия межклеточного сигнала и внутриклеточных событий, меняющих работу клетки.

Пример: Связывание сигнального белка с рецептором может повлиять на активность определённых генов.

Генная регуляторная сеть

Система взаимных влияний генов, их продуктов и сигналов, управляющая тем, какие программы активности действуют в клетках.

Пример: Фактор транскрипции может включать одни гены и подавлять другие в определённой области зародыша.

Дифференцировка

Приобретение клетками различий строения и функций в ходе развития при сохранении связей с общей линией происхождения.

Пример: Клетки мышечной линии начинают производить характерные белки, которых нет в тех же количествах в клетках эпителия.

Ось тела

Упорядоченное направление в строении зародыша, относительно которого располагаются будущие части тела.

Пример: Передне-задняя и спинно-брюшная оси помогают описать, где образуются разные органы позвоночного.

Фактор среды

Внешнее условие или воздействие, способное изменять развитие в зависимости от вида, дозы, длительности и чувствительной стадии.

Пример: Одинаковое изменение температуры может по-разному сказаться на двух видах или на разных этапах развития.

Тератогенное воздействие

Воздействие, которое при определённых условиях способно нарушить нормальное развитие зародыша; оценка конкретного риска требует специальных данных.

Пример: Схема «любой контакт = обязательный порок» неверна: важны вещество, доза, сроки и организм.

Пример по шагам

В опыте пересадка организующей области вызвала дополнительную ось. Ученик заключил: «донорская ткань полностью сама построила второе тело». Почему вывод слишком сильный?

  1. Опыт показывает влияние пересаженной области на развитие принимающего зародыша.
  2. Нужно определить вклад клеток донора и хозяина; часть тканей формируется ответившими клетками хозяина.
  3. Причинная модель включает источник сигнала, компетентную ткань и её ответ, а не только донорский фрагмент.

Вывод: Индукция означает изменение развития одних клеток под влиянием других; она не доказывает, что источник построил весь результат самостоятельно.

Практическая работа

Разбор исторического опыта по готовым данным

  1. Сравните схему контрольного зародыша и зародыша с пересадкой организующей области, указывая источник донорских и принимающих клеток.
  2. Отметьте наблюдаемый результат и отдельно возможное объяснение через сигналы и компетентность тканей.
  3. Составьте список данных, которых не хватает для утверждения, что каждая клетка дополнительной оси была донорской.

Что можно заключить: Причинный вывод о межклеточном влиянии требует контроля и различения вкладов клеточных линий.

Безопасность: Работайте только с опубликованными изображениями и описаниями; живые эмбрионы в школьном практикуме не используются.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.