Лекція № 2

Л екція №6

Тема: Основні етапи онтогенезу.

1) Усе живе складається з однієї чи багатьох клітин. Клітини різних організмів гомологічні за будовою;

2) Клітина – найменша функціональна одиниця живого, тут відбуваються усі життєві метаболічні процеси;

3) Усі клітини виникають від материнських клітин;

4) Клітини зберігають, переробляють і передають генетичну інформацію наступним поколінням.. Нуклеїнові кислоти і білки універсальні і блищькі в клітиних всіх живих систем;

5) Багатоклітинні організми – складні клітинні ансамлі, що утворюють цілісні системи із тканин та органів завдяки взаємодії клітин, тканин та нейрогуморальній регуляції.

Ембріологія

Розвиток ембріології також гальмувався низькою мікроскопічною технікою, а також впливом теорії преформізму, що панувала в той час. Згідно поглядів преформістів зародок є вже сформованим у гаметах, він тільки росте. Причому. панувало дві точки зору. Анімалькулісти вважали, що у сперматозоїді є зрілий індивідуум, який згодом живиться речовинами яйця. Згідно поглядів овістів, у яйцеклітині є організм і сперма стимулює його ріст. Лише у середині XVIII Карл Вольф у віці 26 років написав блискучу дисертацію “Теорія розвитку”, у якій виклав свою концепцію епігенезу (epi – потім, genesis – походження). Ця теорія (1749-1769рр.) стверджувала, що організм завжди розвивається із безструктурної речовини яйця шляхом новоутворення органів. У 1760 році К. Ф. Вольф на запрошення Петербурзької Академії наук переїхав з Німеччини до Росії, де успішно працював до закінчення своєї наукової діяльності. Він першим спостерігав утворення органів із “листоподібних пластинок” (зародкових листків). Крім цього, К. Ф. Вольф описав розвиток у курчати кишечнику, серця, нирок.

Засновником сучасної ембріології, заслугою якого було виділення її в окрему науку вважають Карла Бера у 19 ст. Він автор “Історії розвитку тварин”. Створив вчення про зародкові листки (організм розвивається з 2-х первинних листків, анімального, що дає початок шкірі, нервовій системі, м’язам і вегетативного, що утворює судини, серце, травний канал). Вперше описав хорду у зародку птахів і людини, яйцеклітину ссавців. Сформулював закон зародкової подібності згідно з яким у зародка спочатку з’являються загальні ознаки типу, потім класу, родини, роду, виду і аж у кінці розвитку – індивідуальні ознаки. Праці К.Бера надзвичайно вплинули на Ч.Дарвіна, були основою ембріологічних доказів еволюції.

Велику роль у розвитку еволюційної ембріології у ХІХ ст. відіграли видатні вчені Олександр Онуфрійович Ковалевський та Ілля Ілліч Мечніков, чия діяльність тісно пов’язана з Україною. Понад 20 років працював на Україні російський вчений Олександр Онуфрійович Ковалевський: у Київському, і у Новоросійському університетах. Він досліджував онтогенез багатьох безхребетих, асцидій, ланцетника, хрящових і кісткових риб, черепах. На великому фактичному матеріалі О.О. Ковалевський показав, що безхребетні і хребетні тварини мають загальні риси розвитку і будови, походять від одного кореня. Вчений першим відкрив зародкові листки у безхребетних тварин, описав утворення гаструли шляхом вп’ячування, деякі способи утворення мезодерми та целому, детерміноване дроблення.

З Новоросійським університетом протягом багатьох років (1867-1882рр.) була пов’язана наукова діяльність видатного біолога Іллі Ілліча Мечнікова. Коло його порівняльно-ембріологічних досліджень було надзвичайно широким: губки, медузи, плоскі черви, багатоніжки, комахи, головоногі молюски, голкошкірі та ін. Ембріологічні дослідження Мечнікова тісно пов’язані з розробкою питань філогенетики. Створена ним теорія походження багатоклітинних організмів має назву теорії фагоцители. Вивчаючи нижчих безхребетних, І.І. Мечніков звертав все більше уваги на внутрішньоклітинне травлення, що й привело його до відкриття процесу фагоцитозу і розробки теорії імунітету (за цю роботу вченому разом з П. Ерліхом, який відкрив антитіла, було присуджено Нобелівську премію).

Засновниками еволюційної ембріології вважають також німецьких вчених Ф. Мюллера та Е. Геккеля, які створили біогенетичний закон “Онтогенез - є коротким і швидким повторенням філогенезу”. Е. Геккелем були запропоновані назви зародкових листків – ектодерма, ентодерма і мезодерма, які міцно увійшли в науку. Йому належить ідея походження багатоклітинних організмів і їх зародкових листків від гастреї, двошарового зародку, створення філогенетичних дерев для багатьох груп тварин.

Згідно з біогенетичним законом, зародки вищих тварин дуже подібні до дорослих нижчих тварин (зигота – до найпростіших, гаструла – до кишковопорожнинних і т.д.), а еволюція здійснюється додаванням нових стадій у кінці розвитку організмів.

При вивченні розвитку тваринного світу біогенетичний закон спочатку знайшов широке застосування. На початку ХХ сторіччя посилилась критика біогенетичного закону. Згодом порівняльно-ембріологічні дослідження показали, що у тварин і людини деякі органи з’являються у процесі індивідуального розвитку не на тих стадіях, на яких вони виникали у предків у процесі філогенезу (приклади з нервовою, травною системою навести). Жодна стадія розвитку зародка вищих тварин не відповідає нижчим тваринам, а ембріогенез часто здійснюється у спрощеному варіанті. Крім цього, біогенетичний закон не враховує різноманітних мутацій та дії природного добору, що мали місце в ході еволюції виду.

В 1910 році видатний російський і український анатом та ембріолог О. М. Сєверцов (працював в МГУ, згодом – у Києві) виступив з теорією філембріогенезу. На його думку, еволюція відбувається шляхом зміни ходу онтогенезу. Основний принцип його теорії - філогенез здійснюється шляхом поступових змін онтогенезу протягом багатьох поколінь. Отже, онтогенез - це самостійний етап розвитку, при якому можуть виникати нові якісні зміни, мутації, формоутворення у зародків, що можуть впливати на еволюцію виду. Зміни ембріонального розвитку можуть привести до різкої, зміни у будові органів зародка і навіть до виникнення нових органів, яких не було у предків.

Гістологія

У 19 столітті в окрему науку з анатомії виділилася і гістологія. Великий вклад у розвиток гістології здійснив французький анатом К. Біша. Він добре розрізняв тканини і класифікував їх. К. Біша вважав, що тваринні органи утворюються шляхом комбінації різних тканин, яких нарахував 21.

Сам термін „гістологія” запровадив німецький вчений К. Маєр (1819). Видатний вчений Ф. Лейдіг разом з Келікером у 1857р. запропонував поділ усіх тканин тварин і людини на 4 типи: епітеліальну, сполучну, м’язову та нервову (прийнятий на сьогодні), показав, що усі органи розвиваються із поєднання цих тканин. В цей же час у Європі зявилися перші підручники з гістології Гассаля, Келікера і Лейдіга.

Серед видатних гістологів, які працювали на Україні, слід зазначити організатора кафедри гістології у Київському університеті Петра Івановича Перемежка. Його співробітники досліджували розвиток і будову органів очей, наднирників, селезінки, печінки, щитовидної і підшлункової залоз, гіпофізу, кровоносних судин, м’язової тканини та ін. П.І. Перемежко вивчав процеси поділу ядра у клітинах епітелію шкіри личинок тритона. Він один із перших у науці описав усі стадії мітозу, але не міг встановити їх точну послідовність (це зробив німець Вальтер Флемінг).

В цьому ж університеті працював професором і завідував кафедрою анатомії гістолог та анатом В.О. Бец. Його праціприсвячені будові головного мозку, зокрема тонкій структурі (архітектоніці) різних його ділянок. Він відкрив рухову зону кори головного мозку і описав велетенські пірамідні нервові клітини (1874р.), які були названі клітинами Беца. Препарати Беца зберігаються досі. Цей вчений вивчав морфологію остеогенезу, будову наднирків, проблеми неврології.

Основні дослідження фізіолога О.О. Богомольця приствячені нормам і патології сполучної тканини, способам посилення їїї функцій при захворюваннях.

Важливим внеском у розвиток вчення про тканини було створення вітчизняним вченим О.О. Заварзіним нового напрямку – еволюційної гістології. Базуючись на порівняльному вивченні безхребетних і хребетних тварин, він показав, що у тварин різних систематичних груп тканини, які виконують однакові функції, мають подібну будову. Це явище отримало назву закону паралельних рядів тканинної еволюції.

Значний внесок у розвиток ембріології і гістології здійснено багатьма іншими дослідниками. У багатьох університетах, медичних і ветеринарних інститутах створені кафедри цитології, гістології, ембріології, які вивчають актуальні питання цих наук. Дослідження проводяться у спеціалізованих лабораторіях науково-дослідних і технологічних інститутів. Особливу увагу в останні роки дослідники звертають на гістохімічні, біохімічні і електронно-мікроскопічні дослідження тканин різноманітних організмів. Активно вивчаються питання ембріогенезу на всіх рівнях – від організмового до молекулярного.

3. Методи дослідження. Основним методом є світлова мікроскопія. Сучасні мікроскопи дають збільшення в 2000-3000 разів (добуток збільшення обєктива і окуляра). Роздільна здатність світлового мікроскопа (розмір найменшої структури, яку можна побачити) 0,2 мкм. Вона залежить від довжини світлової хвилі

До світлової мікроскопії відносять також фазово-контрастну, поляризаційну, флуоресцентну (люмінісцентну) і ультрафіолетову мікроскопію (самостійно!!!).

Для дослідження тканин і зародків під мікроскопом застосовують тимчасові препарати зі свіжих мазків, зішкрібів, плівок, живих клітин та постійні препарати. Препарати можуть бути тотальними (на яких цілі дрібні об’єкти кров, гамети, ранні зародки та ін.) або містити гістологічні зрізи (тоненькі пластинки органів, зроблені за допомогою мікротому). Матеріал для виготовлення препаратів умовно поділяють на трупний, забійний, експериментальний, післяопераційний, біопсійний.

Класичним методом дослідження у гістології і ембріології є метод виготовлення постійних препаратів (самостійно!!!).

Досліджуваний об’єкт з самого початку фіксують (припиняються посмертні процеси у тканинах, денатуруються білки, консервується, зберігається матеріал,). Фіксатори бувають найрізноманітніші – формалін, етанол, сполуки ртуті, осмію, оцтова, пікринова кислоти й ін. Часто використовують складні фіксуючі суміші, у складі яких діє кілька речовин. Після фіксації і промивання у воді об’єкт дослідження занурюють послідовно у спирти зростаючої концентрації (від 50 до 100 %) для обезводнення та ущільнення матеріалу. На наступному етапі об’єкт за спеціальною схемою просочують пластичною речовиною (парафіном, желатином, целоїдином) для ущільнення і наклеюють на дерев’яні колодочки у вигляді блоків (або ж заморожують спеціальним мікротомом-кріостатом). За допомогою спеціального приладу - мікротому роблять гістологічні зрізи. Мікротоми бувають полозкові (ковзаючі), ротаційні (барабанні) і заморожувальні. Товщина зрізів може коливатися в межах 0,25-100 мкм). Зрізи наклеюють на чисті предметні скельця (суміш яєчного білка і гліцерину, сироватка крові і формалін), нагрівають над полум’ям спиртівки, висушують у термостаті). Далі з них видаляють парафін, проводячи крізь ксилол або толуол (крім випадку мікротомів-кріостатів). Потім препарати пропускають послідовно через етилові спирти, промивають у воді (якщо потрібно) і фарбують. Барвники бувають основні (н. гематоксилін. кармін, вони фарбують базофільні структури - ядра), кислотні (н. еозин, фуксин, фарбують оксифільні структури), нейтральні (н. азур-еозин, фарба Романовського-Гімза), є специфічні барвники (судан, осмієва кислота – для виявлення жирів). Зафарбовані зрізи знову промивають у воді, пропускають крізь етиловий спирт, ксилол і заключають у канадський бальзам (смола хвойних) іноді у полістирол або гліцерин, покриваючи покривним скельцем.

Електронна мікроскопія використовує потік електронів, а не променів світла, дає змогу виявляти ультрамікроскопічну будову клітин. Пучок електронів отримують від спеціальної катодної лампи, лінзами є електромагнітні поля. Об’єкти розглядаються не живі – препарати після спеціальної обробки, товщина зрізів не більше 0,1 мкм. Збільшення електронного мікроскопу у 5-300 тис. разів. Існують сучасні трансмісійні електронні мікроскопи (ТЕМ) мають роздільну здатність 0,1-0,7 нм, а збільшення до 1 млн. разів (просвічують пучком електронів об’єкт – зріз тканини, зображення потрапляє на екран, фотографується, воно площинне) та с кануючі або растерні електронні мікроскопи (СЕМ) (забезпечують об’ємне зображення завдяки відображених електронів по поверхні об’єкта, збільшення у десятки тисяч разів). СЕМ забезпечую велику глибину різкості і збільшення в кілька десятків тисяч разів.

Крім того, в останні роки для вивчення субклітинних структур застосовують комп’ютерну інтерференційну мікроскопію, лазерну і рентгенівську мікроскопію.

Застосовують також біофізичні методи – електрофорез, рентгеноструктурний та ультразвуковий аналіз, центрифугування, радіоавтографію – метод мічених атомів (в основі фотореакція ізотопів і броміду срібла фотоемульсії, так виявлюють у тканинах місця синтезу білків, шляхи внутрішньоклітинного транспорту.). Застосовують також гістохімічні (основі якісні реакції, наприклад, кисла фосфатаза маркує лізосоми, лужна фосфатаза – ендотелій капілярів, цитохромоксидаза – мітохондрії) і імуногістохімічні методи (взаємодія антиген-антитіло).

В сучасній гістології, ебріології, цитології широко використовують експериментальні, методи вітального (прижиттєвого) забарвлення, культури тканин in vitro, мікрохірургію. Саме завдяки ним можливі досліди в області генної інженерії, репродуктивної медицини, складних операцій, трансплантації, використання стовбурових клітин, тощо).

На самостійне вивчення:

1. Різновиди світлової мікроскопії (фазово-контрастна, поляризаційна, флуоресцентна і ультрафіолетова).

2. Методика виготовлення постійних препаратів.