Гомеостаз в живых организмах

Гомеостазом - называется свойство живых существ поддерживать постоянство своей внутренней среды, несмотря на изменчивость факторов окружающей среды

Несмотря на значительные колебания среды, живой организм сохраняет себя как отдельную биологическую единицу, которая отличается постоянством морфологии, физико-химическим составом клеток, тканевой жидкости, крови и т.д.

Выделяют различные виды гомеостаза:

-структурный; -иммунный; -генетический; -тепловой; -газовый; -химического состава.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ – это циклические изменения в течение процессов жизнедеятельности.

Биологические ритмы возникли в результате эволюции как результат приспособления организмов к существованию в циклически изменяющихся условиях среды или как результат возникновения циклических процессов жизнедеятельности.

Классификация биоритмов

1. Ритмы высокой частоты (доли секунд – 30 минут). Например, ритмы ЭКГ, ЭЭГ, дыхательные двидения.

2. Ритмы средней частоты (30 минут – 28 часов).

- Ультрадианные (до 20 часов)

- Циркадианные (20-28 часов).

3. Мезоритмы или инфрадианные ритмы (28 часов - 6 дней).

4. Макроритмы (20 дней – 1 год).

5. Мегаритмы (1 – 10 лет).

Биоритмы подразделяются на физиологические и экологические. К физиологическим относят, например, ритмы давления, биения сердца, частота дыхания.

К экологическим относятся суточные, сезонные (годовые), приливные и лунные ритмы.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЗАНЯТИЯ

1. Ознакомиться и записать в альбом табл.1 «Периодизация постнатального онтогенеза человека».

2. Зарисовать в альбом рис.1,2 «Кривые роста различных тканей и органов тела человека».

3. Ознакомиться с различными типами конституций человека рис. 3; вычислить индекс ПИНЬЕ и сделать вывод о типе телосложения своего организма.

Результаты соматометрии: определить тип своего телосложения, используя индекс Пинье: L-(P+T), где L - длина тела, P - масса тела, N - окружность грудной клетки.

 

Тип телосложения	Показатель индекса Пинье
Гиперстеник	‹10
Нормостеник	От 10 до 30
Гипостеник	›30

 

ЗАНЯТИЕ № 21

Тема: АНТРОПОГЕНЕЗ. ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ФАКТОРОВ В ПОПУЛЯЦИЯХ ЛЮДЕЙ. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭВОЛЮЦИИ СИСТЕМ И ОРГАНОВ.

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Изучить основные положения современной теории эволюции. Приобрести навыки использования теоретических знаний в практической оценке процессов и явлений, протекающих в живой природе. Усвоить основные закономерности антропогенеза, определить положение человека в системе животного мира, проследить основные этапы его эволюции, роль в этом процессе биологических и социальных факторов, их взаимодействие.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Эволюционная теория Ч. Дарвина и ее основные положения.

2. Синтез дарвинизма и генетики. Основные положения СТЭ.

3.Доказательства эволюции: рудименты и атавизмы у человека.

4.Соотношение между индивидуальным и историческим развитием. Биогенетический закон.

5.Учение А.Н. Северцева о филэмбриогенезах. Главные направления эволюционного процесса.

6. Формы, типы и правила эволюции групп организмов.

7. Понятие о виде и его генофонде.

8. Понятие о популяции как элементарной единице эволюции. Генетическая характеристика популяции. Популяционная структура человечества. Демы, изоляты.

9. Действие элементарных эволюционных факторов в природных популяциях.

10. Адаптивный характер эволюционного процесса. Адаптивный и балансированный полиморфизм.

11.Генетический груз: определение и примеры. Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях. Отбор против гомо- и гетерозигот.

12. Доказательства животного происхождения человека (сравнительно-анатомические, эмбриологические и др.).

13. Сходство и различие в строении человекообразных обезьян и человека.

14. Положение человека в системе животного мира.

15. Характеристика вида - Человек разумный. Качественные особенности человека.

16. Этапы эволюции предков человека разумного.

 

ЛИТЕРАТУРА:

Основная:

1. Биология (ред. В.Н. Ярыгин). - М.: Высшая школа, 1997. - Кн. 2. - С. 4–31, 50-59.

2. Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. – М.: Высшая школа, 2001. – Кн. 2. –

3. Руководство к практическим занятиям по биологии под ред. акад. РАЕН проф. В.В. Маркиной. Изд. М. «Медицина» 2006 г

Дополнительная

1 Северцов А. С. Основы теории эволюции. – М., 1987.

2. Шмальгаузен И.И. Проблемы дарвинизма. – Л., 1969.

3. Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. – М.: Высшая школа, 1989.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЗАНЯТИЯ

В основе диалектико-материалистического мировоззрения на окружающий человека мир лежит идея развития. Ее утверждение в биологии в середине XIX века в виде эволюционной теории Ч. Дарвина ознаменовало качественно новый этап в изучении и оценке живой природы. Синтез дарвинизма и генетики в ХХ столетии позволил вскрыть глубинные механизмы эволюционного процесса, обогатил теорию эволюции и современную биологию в целом новым арсеналом фактов, отражающих его закономерности. Знание этих закономерностей составляет современную научную основу для понимания процессов и анализа развития органического мира.

I. Основные методы изучения эволюционного процесса: палеонтологические, биогеографические, морфологические, эмбриологические, экологические, генетические, биохимические, иммунологические, компьютерное моделирование эволюции.

II. Основные положения эволюционной теории Ч. Дарвина. Факторы эволюции: интенсивность размножения, борьба за существование, изменчивость, наследственность, естественный отбор, дивергенция, вымирание промежуточных форм. Естественно-научное значение теории Ч. Дарвина.

III. Синтетическая теория эволюции (Четвериков С.С., Фишер Р.А., Шмальгаузен И.И., Тимофеев-Ресовский Н.В.).

IV. Учение о микроэволюции.

1. Популяция – элементарная эволюционная единица, её характеристики (экологические и генетические).

2. Элементарные эволюционные факторы: мутационный процесс и генетическая комбинаторика, популяционные волны, изоляция. Естественный отбор – основная движущая и направляющая сила эволюции. Формы естественного отбора и его творческая роль.

3. Элементарное эволюционное явление – изменение генетического состава популяции.

V. Видообразование – результат микроэволюции. Способы и пути видообразования. Определение понятия «вид». Критерии и структура вида.

VI. Популяционная структура человечества. Демографические показатели, их значение для медико-генетической оценки популяций. Роль системы браков в распределении аллелей в популяциях.

VII. Особенности действия элементарных эволюционных факторов в человеческих популяциях.

1. Мутационный процесс и генетическая комбинаторика – механизмы формирования генетической гетерогенности популяций. Мутационный груз, его биологическая сущность и значение для медицины.

2. Волны численности – фактор изменения генофонда популяций человека.

3. Территориальные и социальные формы изоляции. Понятие дема, изолята. Особенности их генофондов. Генетико-автоматические процессы в изолированных популяциях.

4. Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях.

Отбор против гомо- и гетерозигот.

VIII. Генетический полиморфизм – основа межпопуляционной и внутрипопуляционной изменчивости человека. Значение генетического разнообразия для установления предрасположенности к различным заболеваниям, чувствительности к лекарственным препаратам.

IX. Макроэволюция – эволюция таксонов надвидового порядка.

1. Элементарные формы филогенеза: филетическая и дивергентная эволюции.

2. Формы соотносительной эволюции: конвергенция и параллелизм.

3. Направления эволюции групп: аллогенез и идиоадаптации; арогенез и ароморфозы.

4. Морфофизиологический и биологический прогресс и регресс, их основные критерии.

5. Эмпирические правила эволюции групп, их генетические основы.

Существует ряд правил эволюции групп: правило прогрессивной специализации; правило необратимости эволюции; правило происхождения новых групп организмов от неспециализированных предков.

Филогенез - историческое развитие любой биологической системы. Эволюционные изменения органов в филогенезе тесно сочетаются с их изменениями в онтогенезе, так как филогенез представляет собой цепь генетически связанных между собой циклов индивидуального развития.

Филогенез – исторический ряд прошедших отбор онтогенезов, связанных между собой по принципу ПРЕДОК – ПОТОМОК (И. И. Шмальгаузен).

ОНТОГЕНЕЗ ç=è ФИЛОГЕНЕЗ

Связь между онтогенезом и филогенезом проявляется в рекапитуляциях (от лат. recapitulatio — повторение) – повторении у зародышей в процессе онтогенеза признаков их предков по филогенезу.

Законы К. Бэра (1828 г):

1. Закон зародышевого сходства – на ранних этапах эмбриогенеза зародыши различных групп животных (в пределах типа) сходны между собой.

2. Закон эмбриональной дивергенции – в процессе эмбриогенеза (на поздних стадиях) возникает расхождение признаков зародышей разных систематических групп.

3. Закон последовательности появления признаков – в процессе эмбриогенеза признаки разного систематического ранга появляются последовательно друг за другом: типа, класса, отряда, рода вида, индивидуума.

Для человека в эмбриогенезе также характерно появление структур, функций, биохимических реакций, которые были у его хордовых предков – рекапитуляции. В онтогенезе человека обычно не проявляются структуры взрослых рыб, амфибий и рептилий, а только их личинок. Причем на ранних стадиях развития рекапитуляция проявляется более полно, чем на поздних.

При нарушениях эмбриогенеза у взрослых людей могут появиться признаки, которые присутствовали у их далеких предков – атавизмы. Если они снижают жизнеспособность, то называются атавистическими (или анцестрастральными от anĉetre) пороками.

Атавизм – рекапитуляция без последующей редукции (у взрослой особи орган развивается в полном объеме как у предка по филогенезу).

Атавизмы возникают из-за:

– недоразвития органов (гипоплазия диафрагмы, расщепление твердого неба – «волчья пасть», и др.);

– персистирования (сохранения) эмбриональных структур (незаращение боталлова протока, боковые свищи шеи, свищи пупка и др.);

– нарушения перемещения органов в онтогенезе (тазовое расположение органов, крипторхизм и др.).

Рудимент – рекапитуляция с последующей редукцией органа, утратившего в процессе филогенеза функциональное значение.

Биогенетический закон – Ф. Мюллер (1864) и Э. Геккель (1866): онтогенез всякого организма есть краткое и быстрое повторение филогенеза данного вида.

Но эволюционное развитие не является простым повторением черт строения предков, а предполагает изменения в ходе формирования органов и систем. Это:

1. Палингенезы – признаки зародышевого сходства (закладка жаберных щелей, хорды, 2-х камерного сердца у зародышей наземных позвоночных).

2. Ценогенезы – эмбриоадаптации, приспособительные признаки зародышей, не сохраняющиеся у взрослых форм (зародышевые оболочки наземных позвоночных: амнион, хорион, аллантоис).

А. Н. Северцов (1911—1939) показал, что рекапитуляция характерна лишь для отдельных органов (а не для целых стадий развития всего организма, как полагал Э. Геккель) при их эволюционных преобразованиях по способу анаболии.

3. Филэмбриогенезы - эмбриональные перестройки, которые включаются в филогенез взрослых организмов (А. Н. Северцов).

3 типа филэмбриогенезов:

Анаболии - надставки, дополнения в развитии органа (на поздних этапах эмбриогенеза). Законченный морфообразовательный процесс (полная рекапитуляция) дополняется дальнейшей дифференцировкой (от 2-х камерного к 4-х камерному сердцу, развитие пера).

Девиации - уклонения в развитии органа (на средних этапах эмбрионального развития). На определенном этапе формообразовательного процесса (частичная рекапитуляция) морфогенез приобретает новый характер, и развитие органа идет по другому пути (развитие чешуи рептилий).

Архаллаксисы - изменения закладки органа (на самом раннем этапе эмбриогенеза). В начале морфогенеза (рекапитуляции отсутствуют) возникшая гетеротопия или гетерохрония определяют развитие органа по совершенно новому пути (развитие волосяного покрова у млекопитающих).

Характер возникающего филэмбриогенеза зависит от типа возникшей мутации. Если мутационный процесс затрагивает гены, активные в конце формообразовательного процесса, то возникает анаболия, в середине – девиация, в начале – архалаксис.

Эволюция чаще идет путем подбора мутаций, проявляющихся на конечных стадиях морфогенеза т. е. путем анаболий (поэтому наблюдается сходство эмбрионов на ранних стадиях развития – рекапитуляция, и выполняется биогенетический закон). Это связано с большой сложностью большинства формообразовательных процессов, не допускающих каких-либо изменений начальных или средних стадий развития.

4. Гетерохрония – изменение времени закладки структуры, например, ранняя закладка амниона плацентарных.

5. Гетеротопия – изменение места закладки структуры, например, закладка плечевого пояса человека на уровне III-IV шейных позвонков, который затем перемещается на уровень I-II грудных позвонков.

Интегрирующими факторами эволюции, обеспечивающими целостность онтогенеза и филогенеза, являются корреляции и координации. Наибольшее развитие учение о корреляциях и координациях получило в трудах И.И. Шмальгаузена(1969).

АНТРОПОГЕНЕЗ

Табл. 1. Систематическое положение человека в родословном древе животного мира

Таксономическая группа	Морфофизиологические признаки таксонов
Тип Хордовые	У зародыша человека закладываются осевые органы, характерные для всех хордовых животных: на спинной стороне нервная трубка, под ней хорда, кишечная трубка Сердце рае положено на брюшной стороне
Подтип позвоночные	Осевой скелет - позвоночник. Головной мозг состоит из пяти отделов, защищен черепом, формируется челюстной аппарат для активного захвата пищи.
Класс Млекопитающие	Кожа покрыта волосами, имеются потовые и сальные железы. Хорошо развита диафрагма. В ротовой полости формируются твердое и мягкое небо, преддверие полости рта дифференцированная зубная система (резцы, клыки, предкоренные и коренные зубы. что отражает их пищевую специализацию Сердце четырёхкамерное. одна левая дуга аорты. эритроциты безъядерные. Усложняются органы чувств. формируется наружное ухо, в среднем ухе три косточки. Постоянная температура тела, высокий уровень обмена веществ. Хорошо развита кора больших полушарии головного мозга
Подкласс Плацентарные	Плод развивается в матке, формируется плацента, новорожденный вскармливается молоком матери
Отряд Приматы	Развитие конечности хватательного типа, кисть способна к пронации и супинации. Развитие кисти как органа осязания Зрение бинокулярное. стереоскопическое. Уменьшается роль обоняния. Увеличивается объем головною мозга та счёт полушарий переднего мозга. Полициклическое размножение и малая плодовитость. Удлиняется период детства, что увеличивает способность к научению. Перестройка социальной системы. центром ее становится маленький детёныш, в его воспитании принимают участие взрослые самцы и самки, старшие детеныши. Сложная социальная жизнь и разнообразные формы коммуникации
Подотряд Человекоподобные Секция Узконосые Подсемейство Гоминиды	Обитают только в Старом Свете. Это дневные животные, имеют когти на передних и задних конечностях. Глазница отделена от височной ямы сплошной стенкой. Обонятельные доли редуцированы. зрение развито очень хорошо. Носовая перегородка узкая Мозг крупный с большим числом извилин и борозд. Крупные размеры тела, относительно короткое туловище и длинные конечности. Отсутствие хвоста, увеличение числа крестцовых позвонков Высокий уровень психического развития. Процесс коммуникации становится разнообразным, менее детерминирован генетически. Способны общаться с помощью языка жестов. Имеют четыре группы крови (по системе АВ0). 48 хромосом. Срок беременности близок к девяти месяцам, половое созревание наступает к 8-12 годам
Семейства Люди Гоминиды	1. Двуногая походка привела к перестройке всего организма: сильное развитие мышц тазобедренной области и ноги, сводчатость стопы, укороченность пальцев стопы и сильное развитие первого пальца стопы, расширенная форма таза, S- образный позвоночник, уплощённая грудная клетка, смещение кпереди затылочного отверстия черепа, резкое изменение пропорций тела. 2. Признаки комплекса "трудовой руки": относительно малая длина руки, увеличение подвижности и прочности кисти; усиление скелета первого, второго пальцев, большая длина первого пальца, сильное развитие мышц кисти и руки 3. Признаки процесса в строении головного мозга: существенное увеличение размеров головною мозга. прогрессивное развитие двигательных зон коры, обеспечивающие тонкие движения кистей рук. 4. 4. Значительное развитие новой коры нивой кори, ассоциативных и "интеллектуальных" зон теменной и лобной долей: центр Брока (воспроизводит речь, управляя речевой мускулатурой); центр Вернике (распознает собственную речь и речь других людей; ассоциативный центр (создает структуру фраз и предложений). В связи с развитием речи изменилась топография гортани, расположение мышц, связок. 5. Изменения черепа и зубов: уменьшение лицевого отдела черепа: нижняя челюсть уменьшена в размере, имеет хорошо выраженный подбородочный выступ, зубы небольших размеров. 6. Редукция волосяного покрова: специфическое распределение волос на теле и уменьшение волосяного покрова в связи с утратой им функции терморегуляции.
Подвид Разумный	Череп стал короче и выше, высокий прямой лоб. округлый затылок, сформирован подбородочный выступ. Надбровный ва­лик отсутствует. Масса головного мозга 1500 -1400 см^3. Про­грессивное изменение мозга: формируется качественно новая специфически человеческая морфофункциональная система мозга (СЧМФС) - это поля коры в составе нижнетеменной, нижнелобной и верхневисочной областей. Совершенствова­лось изготовление разнообразных орудий труда: ножи, нако­нечники копий, костяные орудия. Развивались коллектвная загонная охота, рыбная ловля. Высокое интеллектуальное раз­витие и психологическая сложность кроманьонцев доказаны существованием памятников первобытного искусства: скульп­тур малых форм, барельефов из глины и камня, настенной жи­вописи. Зарождение религии.

 

 

 

Рис. 1. Этапы эволюции человека.