Индивидуальное развитие (онтогенез), периодизация онтогенеза. Механизмы онтогенеза Регуляция репродуктивной функции млекопитающих в раннем онтогенезе
1)Уровни регуляции онтогенеза
Регуляция экспрессии всех генов происходит на различных уровнях:
1. Регуляция на генном уровне происходит различным образом
1.1. Модификация ДНК (например, замена цитозина или гуанина на метил-цитозин или метил-гуанин; метилирование оснований снижает активность генов). 1.2. Увеличение объема ДНК в клетке путем дифференциальной амплификации ДНК (например, многократное копирование генов рРНК) или за счет образования политенных хромосом.1.3. Программированные количественные изменения ДНК (например, изменение ориентации промотора).1.4. Сплайсинг ДНК (например, вырезание участков генов, кодирующих антитела). 1.5. Диминуция хроматина – необратимая утрата части генетического материала в соматических клетках некоторых организмов (инфузорий, аскарид, циклопов). 1.6. Изменение активности целых хромосом (например, инактивация одной из двух X–хромосом у самок млекопитающих).1.7. Изменение последовательностей ДНК с помощью подвижных генетических элементов, например, транспозонов.
2. Регуляция на уровне транскрипции – путем регуляции транскрипции мРНК. Интенсивное функционирование отдельных генов или их блоков соответствует определенным этапам развития и дифференцировки. Регуляторами транскрипции у животных часто являются стероидные гормоны.
3. Регуляция на уровне сплайсинга (посттранскрипционной модификации мРНК) – обеспечивает возможность образования различных типов зрелой, функционально активной мРНК. Процессинг РНК регулируется с помощью рибозимов (катализаторов рибонуклеиновой природы) и ферментов матураз. Некоторые генетические заболевания человека (фенилкетонурия, некоторые гемоглобинопатии) обусловлены нарушением сплайсинга.
4. Регуляция на уровне трансляции – обусловлена различной активностью разных типов мРНК.
5. Регуляция на уровне посттрансляционной модификации белков – регулируется путем посттрансляционной модификацией белков (фосфорилированием, ацетилированием, расщеплением исходной полипептидной цепи на более мелкие фрагменты и т.д.).
Рассмотренные примеры свидетельствуют о многообразии способов реализации генетической информации путем регуляции активности самих генов либо их продуктов. Следует, однако, отметить, что для клетки наиболее экономична регуляция на уровне транскрипции, поскольку она препятствует образованию соответствующих мРНК и белков, когда клетка не испытывает в них потребности. Вместе с тем регуляция на уровне транскрипции идет сравнительно медленно, тогда как, например, активация белков путем расщепления молекул-предшественников хотя и неэкономична, но происходит очень быстро.
2)Гены, регулирующие ход онтогенеза
Ход онтогенеза определяется генно-регуляторными сетями (каскадами). В них участвуют сигнальные белки и др. в-ва («морфогены»; выделяются клеткой в окружающее межклеточное пространство), рецепторы, транскрипционные факторы, малые регуляторные РНК. Энхансеры (сайты связывания ТФ) в регуляторных областях генов-регуляторов – важный компонент «генетической программы развития». От энхасеров зависит, какими переключателями (а значит, где и когда) будет включаться данный ген.
У всех животных за разметку эмбриона вдоль передне-задней оси отвечает особое семейство генов – HOX-гены. Сначала нашли у дрозофилы, затем у всех животных.
Открытие сходных Hox-генов у разных типов животных заставило по-новому взглянуть на морфогенез животных и его преобразования в ходе эволюции. Стало ясно, что, изменив один ген или время (или место) его включения, можно трансформировать, создать, удалить или перенести в другое место сразу целый орган, сохранив при этом общий план строения. Hox-гены у дрозофилы, человека и многих других животных располагаются в хромосоме в строгом порядке, в том самом, в котором происходит дифференцировка основных частей тела двусторонне симметричного животного. Сначала у раннего эмбриона начинают работать гены, отвечающие за строение органов на голове, затем на груди, затем гены начинают оформлять и хвостовую часть.
Семейство Hox-генов подразделяется на 14 классов. Считается, что эти 14 классов возникли путем дупликации одного или немногих исходных генов, реплики затем мутировали и обретали новые функции. У кишечнополостных и гребневиков имеется всего 4 класса Hox-генов.У предполагаемого общего предка двустороннесимметричных животных их должно было быть по крайней мере 8. У млекопитающих присутствуют все 14 классов. Принцип работы этих генов одинаков. Все они являются транскрипционными факторами, то есть их функция состоит во «включении» или «выключении» других генов. В результате работы Hox-генов запускается каскад реакций, приводящий к появлению в клетке нужных белков. Позже выяснилось, что у некоторых животных они расположены вовсе не так правильно, как у человека и дрозофилы. Кроме Хокс-генов, существует много других регуляторов развития. Для большинства характерна плейотропность. Плейотропность – множественность функций и фенотипических проявлений. Один и тот же ген-регулятор (ТФ) может регулировать несколько совершенно разных процессов на разных стадиях эмбрионального развития. Это «профессиональные переключатели», которым в принципе все равно, что переключать (был бы у регулируемого гена нужный энхансер). Поэтому в ходе эволюции под их управление легко могут попасть новые «подпрограммы». Так возникают новые признаки.
Итак, ход онтогенеза регулируют: хроногены,гены пространственной организации(смотри в методичке по генетике)
3)Принцип работы генов в онтогенезе
Важно отметить, что сам процесс строительства особи каждого вида начинается прямо с первого деления. Следовательно, можно сказать, что развитие особи происходит по строжайшей программе поклеточного строительства, в ходе которой происходит пошаговая реализация генетической информации, начиная с первого деления. Геном отражает именно строгую клеточную последовательность строительства любой особи: от первого деления клетки до полного формирования особи, от первой клетки, ко второй, от неё к 3й, к 4й, к 5й….к «последней». Именно эта последовательность строительства и заключена в т.н. «некодирующей части генома, названной эволюционистами - «мусорной частью» генома.Изучение трудов члена-корреспондента Л.И.Корочкина, в частности «Геном, клонирование, происхождение человека» (2004г), показало, что онтогенез – это строгий и однозначный порядок строительства особи, который идёт через строго последовательное клеточное строительство, когда вначале формируются эмбрион, как исходный субстрат из стволовых клеток, далее он сегментируется и образуются зачатки («почки») основных частей тела с дальнейшем их развитием в полуфабрикаты, и далее, в завершённые органы. При этом вся программа (алгоритм) такого строительства записана в геноме совместно с информацией о всех признаках особи. Следовательно, можно утверждать, что программа строительства и есть собственно информация обо всех органах, членах и системах! Это единая и неразрывная информация. Нет в геноме отдельно информации о плане (программе) строительства и отдельно о «наследственных признаках», т.е. о составе и структуре органов и членов.
Новым и важным в описании структуры генома и процесса онтогенеза, считаю отметить следующие положения. Всю программу жизни особи, реализуемую геномом, представляется, удобно разбить на 3 крупных этапа:
1й - формирование, строительство особи до момента рождения (первая и главная часть программы онтогенеза);
2й – рост особи до зрелости (вторая важная часть программы онтогенеза);
3й – старение и смерть.
Представляется, что все они имеют свои особенности и сильно отличаются по механизмам программной реализации.
1й период, серцевина онтогенеза, самый программно сложный, т.к. надо построить, сформировать теснейшим образом взаимосвязанные, тесно переплетённые и взаимообусловленные все органы, члены и системы разного белкового содержания. И его сутью является управление поклеточным строительством, управление делением клетки, когда каждой клетке определена её «судьба»: делиться она или нет, и во 2м случае, какой соматический белок её наполнит.
На 2м же этапе фактически белок подбирать не надо, т.к. речь идёт о росте уже сформированной особи, и надо только обеспечить строгую пропорциональность роста всех членов и органов уже оформленной и сформированной белковой структуры (м.б. за исключением только репродуктивной системы). Для этого в геноме, вероятно, есть участки программ именно роста всех органов и членов, как продолжение программ их строительства. По всей видимости, они все построены по близким алгоритмам пропорционального увеличения размера и объёма и являются продолжением программ строительства органов. Это также очень сложные программы, в т.ч. и программы пропорционального роста тороидальных конструкций, таких, как полые кости, кровеносные сосуды и других конструкций огромной сложности. При этом известно, что большую роль в процессе роста играет гормон роста, гормон гипофиза, во многом определяющим продолжительность роста и конечный «размер» особи.
На 3м этапе идёт только процесс обновления клеток, путём их замены на «новые», но худшего качества, вероятно, за счёт ухудшения качества всех процессов экспрессии и деления клеток, транскрипции, трансляции и митоза в целом, вызванного, как сегодня считается, постоянным уменьшением длинны теломерных концов хромосом. Причём, каждой белковой соматической ткани, строго определена периодичность обновления, как часто она будет обновлять свои клетки. Практически не обновляются клетки мозга, мышцы сердца, печени и некоторые другие.
Общие принципы работы программы управления формированием, строительством особи в онтогенезе. Как представляется, программа онтогенеза основана на реализации 3х основных принципов:
1й принцип – «каждой клетке строго своё место», это принцип собственно строительства: судьба каждой клетки заранее определена и реализуется через типовую процедуру «деление – неделение – специализация». Эта информация последовательно считывается с определённого участка (участков) генома и реализуется с использованием эпигенетического механизма: в исходном положении все гены генома закрыты метильными группами и в соответствии с программой считывания генома они последовательно снимаются и нужный, следующий по порядку строительства клеток ген, активируется группой ацетилирования гистонов. Далее, этот ген опять закрывается метильной группой. Возможно, что нет этих «групп закрытия» на ногтях и волосах, и растут они постоянно.
2й принцип, принцип контроля и повышения надёжности правильности строительства: определённые управляющие Нох-гены (участки ДНК) разрешают строительство там, где надо, в зоне собственной ответственности, и запрещают строительство там, где не надо (с тем, чтобы зубы появились именно во рту и не появились в любом другом месте, глаз в заранее подготовленных глазницах головы, а не на руке и т.п.).
3й принцип, принцип совмещения программ: т.к. большинство органов и человека, и животных носит очень сложный, комплексный характер и включает в себя одновременное формирование и костного скелета, и кровеносных сосудов, и лимфы, и разных мышечных тканей, тканей кожи, нервов, сухожилий, нейронов, волосяного покрова и многого другого, то все эти отдельные программы фактически комплексно входят в соответствующий кластер, и как бы вложены, наложены друг на друга. Реализация первого принципа. Т.к. все органы и члены, образующие единый организм особи, имеют очень сложный, витиеватый, но вполне определённый, строго конкретный вид и форму, то управляя процессом именно деления клеток легко добиться получения практически любой запланированной формы. Это достигается именно тем, что не все появившиеся клетки делятся, т.е. идёт процесс управления направлением деления, и, соответственно, направлением строительства органа, формирования его формы.И судьба каждой клетки, из только что сформированных на фазе митоза, в соответствии с общим планом строительства, заранее определена программой: будет ли данная клетка подвергнута дифференциации, путём экспрессии в ней соответствующего белок - кодирующего гена, или эта клетка вступит в фазу митоза и будет подвергнута дальнейшему делению. Именно для этого и существует в процессе митоза интерфаза с этапом G1 и критической точкой R. Именно путём соответствующего объёма синтеза белка триггера и определяется дальнейшая судьба клетки в точке R1. Т.е. количество этого белка и определяет дальнейшую судьбу клетки и, тем самым, форму создаваемого органа или члена. Если данная клетка не делиться, а подлежит специализации, то содержание клетки, т.е. вид белка в этой специализирующейся клетке, заранее известен из назначения этого органа или члена.
Вот этот последовательно – параллельный процесс, эта программа реализации судьбы каждой клетки и есть собственно программа онтогенеза.Следовательно, если в этой клетке образовалось мало тригерного белка, то это и есть сигнал на запуск процесса специализации этой клетки, а не на её деление. Для дальнейшей специализации необходимо указать этой клетке, какой она должна быть по белковому содержанию, т.е. какой белок (или группу белков при альтернативном сплайсинге) активировать в ней именно в соответствии с общим планом и общей программой строительства. Очевидно, что в процессе считывания генома количество тригерного белка определяется общей программой строительства (онтогенеза) и кодируется специальной управляющей последовательностью ДНК. Можно с уверенностью предположить, что эта информация заключена в «некодирующей» части генома в зоне диспергированных (т.е. рассеянных) повторяющихся последовательностей ДНК, расположенных между генами: их «длинные» (Line) повторы дают команду на производство тригерного белка в большом количестве (R больше R порога), и, как следствие, клетка переходит в этап деления. Если следует короткая (Sine) последовательность, то производиться тригерного белка меньше порога и клетка вступает в фазу специализации. Общее количество диспергригированных последовательностей ДНК в геноме около 2х миллионов, что одного порядка с количеством клеток плода перед родами (около 200 млн.) Т.о., порядок следования диспергированных последовательностей в геноме и определяет порядок деления и специализации клеток, т.е. прядок формирования формы органа.При этом, сам процесс активации этих ДНК повторов, быстрее всего, осуществляется последовательно и формально с использованием эпигенетических маркеров: снятия репрессивных метильных групп и присоединения групп активации - ацетилирования гистонов. Следовательно, эти, т.н. «некодирующие участки ДНК» являются кодирующими! Они кодируют не соматические белки и аминокислоты, а регулирующие белки и аминокислоты.
4)Тотипотентность
ТОТИПОТЕНТНОСТЬ способность отдельных клеток в процессе реализации заключенной в них генетической информации не только к дифференцировке, но и к развитию в целый организм. Тотипотентны оплодотворенные яйцеклетки растений и животных. Для соматических клеток животных характерна тканевая специфичность с ранних стадий эмбрионального развития, и поэтому они не обладают тотипотентностью. Однако стволовые клетки в обновляющихся тканях животных в пределах одного типа ткани могут развиваться в разных направлениях. Например, стволовые клетки кроветворной ткани млекопитающих дают начало эритроцитам и лейкоцитам. Соматические клетки растений способны полностью реализовать свой потенциал развития с образованием целого организма. Специализированные клетки самых разных органов (листа, корня, цветка) способны к размножению в искусственной среде вне организма. При создании оптимального соотношения фитогормонов в питательной среде культивируемые клетки могут образовывать побеги или превращаться в результате соматического эмбриогенеза в зародышеподобные структуры, которые затем развиваются в целый организм. Способность соматических клеток растений проявлять тотипотентность зависит от генотипа. Тотипотентность соматических клеток лежит в основе их использования в генетической и клеточной инженерии. Гомеозисные мутации у дрозофилы. После завершения формирования сегментации, вступают в действие гомеозисные гены - большой класс генов, которые контролируют развитие какой-то части тела из определенного сегмента. В результате гомеозисной мутации из данного сегмента развивается какая-то другая часть тела. Среди гомеозисных генов наиболее известны Bithorax-Complex (BX-C) И Antennapedia-Complex (Ant-C). У дрозофилы личинки и имаго имеют ярко выраженные сегменты: один головной, три грудных и восемь брюшных. Каждый сегмент имаго содержит набор дифференцированных морфологических структур. Мезоторакальный сегмент несет пару крыльев и пару ног, метаторакальный - пару ног и пару гальтеров - особых булавовидных образований, помогающих удерживать равновесие в полете. Есть группа генов, отвечающих за формирование гальтеров и брюшных сегментов. Одним из генов, влияющих на эти процессы, является ВХ-С. Без этого гена эмбрион развивается до определенной стадии и затем гибнет. Если бы этот организм остался жить, то он бы имела 10 пар крыльев и 10 пар ног. Функция гена ВХ-С Заключается в инактивации генов, формирующих ноги и крылья во всех последующих после второго торакального сегментах. Комплекс ВХ-С Содержит три различных гена: Ubx, Abd-A И Abd-B. Каждый из них контролирует формирование определенной группы сегментов. Мутации этих генов заставляют все последующие сегменты формироваться подобно одному из предыдущих. Если все три гена удалены, Нормально развиваются только первый торакальный (Т1) и девятый брюшной (А9) сегменты, контролируемые другими генами, все остальные сегменты (ТЗ и все брюшные) развиваются как Т2. Если ген Ubx Сохраняется, но повреждаются Abd-A И Abd-B, Нормально развиваются все грудные сегменты, а все брюшные представлены самым первым - А1. При повреждении гена Abd-B Нормально развиваются все грудные сегменты, затем брюшные Al, A2 и A3, а все остальные сформированы как сегмент А4.
5)Механизмы,работающие в процессе онтогенеза (смотри учебник Ярыгина стр.328-347)
6)Тератогены
Тератогенное действие (от греч. τερατος «чудовище, урод, уродство») - нарушение эмбрионального развития под воздействием тератогенных факторов - некоторых физических, химических (в том числе лекарственных препаратов) и биологических агентов (например, вирусов) с возникновением морфологических аномалий и пороков развития. Тератогенные факторы включают лекарственные средства, наркотики и многие другие вещества. Выделяют следующие особенности влияния тератогенных факторов
Действие тератогенных факторов имеет дозозависимый характер. У разных биологических видов дозозависимость тератогенного действия может различаться. Для каждого тератогенного фактора существует определенная пороговая доза тератогенного действия. Обычно она на 1-3 порядка ниже летальной. Различия тератогенного действия у различных биологических видов, а также у разных представителей одного и того же вида связаны с особенностями всасывания, метаболизма, способности вещества распространяться в организме и проникать через плаценту.
Чувствительность к разным тератогенным факторам в течение внутриутробного развития может меняться. Выделяют следующие периоды внутриутробного развития человека. Тератогены – класс химических веществ или физических воздействий, обладающих выраженным в разной степени тератогенным свойством. Это в первую очередь некоторые медикаменты, наркотики, алкоголь, курение табака и марихуаны, кокаин, гормоны, вообще ксенобиотики окружающей среды (накопленные в огромном количестве в ходе технологического прогресса, особеннно за последние 1-1,5 века, чуждые древним биологическим структурам живых существ химические субстанции), о негативном действии многих из них на развивающийся организм известно недостаточно. См. Талидомид. Тератогенными, предположительно, являются и некоторые продукты дисметаболизма, возникающие при заболеваниях беременной матери. Те вещества, которые не вызывают грубых физических отклонений, но способные оказывать негативное влияие на поведенческие, эмоциональные или когнитивные процессы, а таких веществ, повидимому, значительно больше, чем собственно тератогенов, называются поведенческими или психологическими тератогенными факторами. Тератогенами являются также ионизирующая радиация, способная вызывать мутации в процессе гаметогенеза, электромагнитные излучения, механические факторы (например, тугие корсеты, с помощью которых женщины пытаются скрыть свою беременность).
7)Типы пороков развития у человека
Пороки развития ЦНС относятся к полигенным болезням.
Экзогенные факторы включают сахарный диабет, дефицит фолиевой кислоты, прием матерью вальпроевой кислоты, гипертермию. Пороки развития ЦНС наблюдаются и при моногенных болезнях, например при синдроме Меккеля-Грубера и синдроме Робертса, анеуплоидии (трисомия по 18-й и 13-й хромосомам), триплоидии и при транслокациях, дающих несбалансированные гаметы. Пороки развития ЦНС также встречаются при синдромах Гольденхара и OEIS (по первым буквам следующих слов: Omphalocele - грыжа пупочного канатика, Exstrophy of bladder - экстрофия мочевого пузыря, Imperforate anus - атрезия заднего прохода, Sacral abnormalities - пороки развития крестца).
К основным врожденным порокам ЦНС относятся анэнцефалия, позвоночная расщелина, энцефалоцеле, экзэнцефалия и незаращение позвоночного канала и черепа. Они формируются в результате незаращения нервной трубки. Около 80% пороков развития ЦНС составляет гидроцефалия. Нередко она сочетается с другими пороками развития ЦНС. Врожденные пороки сердца:Врожденные пороки сердца нередко сочетаются с другими пороками развития. Сопутствующие грубые пороки развития имеются у каждого четвертого ребенка с врожденным пороком сердца. У детей с врожденными пороками сердца в 10 раз повышена распространенность других пороков развития.
Распространенность врожденных пороков сердца у новорожденных составляет 0,5-1%. 15% случаев смерти детей в возрасте до года обусловлено врожденными пороками сердца. Причины:Генетические факторы. Хромосомные аномалии, преимущественно трисомии. Моногенные болезни с аутосомно-доминантным и рецессивным наследованием, сцепленным с X-хромосомой. 2% всех врожденных пороков сердца связано с факторами внешней среды. К ним, в частности, относятся вирус краснухи, а также такие средства, как алкоголь, триметадион и лития карбонат.
Генетический риск зависит от сопутствующих пороков развития и причины заболевания. Если мужчина страдает врожденной косолапостью (без сопутствующих пороков), риск заболевания сибсов и детей составляет около 3%. Если больна женщина, риск для сибсов составляет около 5%, а для детей - 3%.
Диафрагмальная грыжа формируется в результате перемещения органов брюшной полости (желудка, тонкой кишки, реже печени) в грудную полость через врожденный дефект диафрагмы.Врожденный вывих бедра - один из наиболее частых пороков развития.У женщин наблюдается в 6 раз чаще, чем у мужчин. При тазовом предлежании риск этого порока развития повышается в 10-15 раз. Если больна женщина, риск для родных братьев составляет 3-4%, а для сестер - 10%. Если болен мужчина, риск несколько выше. Если порок наблюдался и у родителей, и у детей, генетический риск возрастает до 10-15%.
Пороки развития ЖКТ: Стеноз привратника,Атрезия двенадцатиперстной кишки
(Считается полигенной болезнью, хотя описаны случаи наследования по аутосомно-рецессивному типу),Болезнь Гиршпрунга (врожденный аганглиоз толстой кишки).
8)Эмбриональная индукция
Индукция эмбриональная (от лат. mductio - наведение, возбуждение) - влияние одного эмбрионального зачатка (индуктора) на развитие (дифференциройку) другого; лежит в основе органогенеза. Проявляется на всех стадиях эмбрионального развития. Например, в бластуле клетки участка будущей дорсальной губы являются индукторами и влияют на развитие других частей зародыша, в частности хорды.
Хорда вместе с прилежащей к ней мезодермой (так называемая хордомезодерма) в свою очередь индуцирует закладку нервной системы; часть головного мозга, из которой образуется сетчатка глаза, влияет на соседний участок эктодермы, вызывая его дифференциацию в роговицу, и пр.
Индукция эмбриональная осуществляется при непосредственном контакте и взаимодействии групп клеток между собой (поверхностное взаимодействие) или путём передачи индуцирующего действия через химические вещества, обладающие свойствами низкомолекулярных белков. Действие индукторов, как правило, лишено видовой специфичности. Явление индукции эмбриональной открыл в 1901 немецкий эмбриолог X. Шпеман. Эмбриональная индукция - лишь один из механизмов онтогенеза. Многим явлениям развития требуются иные механизмы. Участок дорсальной губы бластопора, который при пересадке вызывает на новом месте образование мезодермы и нейроэктодермы получил название «организатор Шпемана».(Смотри учебник Ярыгина стр.347-353)
8) Персистирование -это порок эмбрионального этапа развития, заключающийся в остатке эмбриональных структур после рождения.
Атрезия- это порок развития, заключающийся в отсутствии отверстия в органе.
Стеноз - это врождённое или приобретённое аномальное сужение просвета какого-либо полого органа (пищевода, кишечника, кровеносного сосуда)
Гипоплазия - это аномалии развития, заключающиеся в недоразвитии ткани, органа, части тела или целого организма.
Амплификация (лат. amplificatio - усиление, увеличение), в молекулярной биологии - процесс образования дополнительных копий участков хромосомной ДНК, как правило, содержащих определенные гены либо сегменты структурного гетерохроматина. Амплификация может быть ответом клеток на селективное воздействие (например, при действии метотрексата). Амплификация – один из механизмов активации онкогенов в процессе развития опухоли, например, онкогена N-myc при развитии нейробластомы (наиболее распространенная форма рака плотных тканей у детей). Также амплификация – накопление копий определенной нуклеотидной последовательности во время ПЦР – полимеразной цепной реакции.
Кроме этого, смотри стр.361-364(Ярыгин).
12. Назовите клеточные механизмы, срабатывающие в процессе гаструляции у млекопитающих.
Дробление заканчивается с образованием морулы, клетки которой подразделяются на внутреннюю массу клеток, из которых впоследствии развивается эмбрион, и наружный полый клеточный пузырек трофобласт. Из него развиваются провизорные органы. Эта стадия называется бластоцистой. Собственно гаструляция начинается с обособления слоя клеток эмбриобласта, обращенного в полость бластоцисты. Так образуется гипобласт - будущая энтодерма зародыша. Клетки краевой зоны этого зачатка распространяются по внутренней поверхности трофобласта, ограничивая полость желточного мешка, который у плацентарных млекопитающих рудиментарен. Гипобласт растет в ширину и вся внутренняя клеточная масса увеличивается и превращается в дисковидную клеточную пластинку, сходную с зародышевым диском у птиц и рептилий. Затем отдельные клетки мигрируют и участвуют в образовании всех зародышевых листков. Между клетками внутренней клеточной массы появляется щель, которая затем превращается в амниотическую полость.
Ответ: Дифференцировка, пролиферации, перемещение, сортировка, адгезия.
13. В лаборатории Эдельмана (США) были проделаны следующие опыты. Сделайте логический вывод из них.
В культуру клеток животных тканей, которые первоначально были отделены друг от друга, не организованы в пространстве и напоминали мезенхиму, были введены ДНК, кодирующие белки клеточной адгезии (САМ от англ. Се11-аdhesion molecules). После этого клетки объединились в пласт, напоминающий эпителиальный. Когда пласт сформировался, между клетками возникли щелевые и адгезивные контакты.
Ответ: Молекулы клеточной адгезии (SAM) ответственны за взаимодействие клеток в зародыше .
14. Какие выводы можно сделать из следующих экспериментах:
1) Если путем центрифугирования (у морского ежа) или перешнуровки оплодотворенных яйцеклеток (у тритона) получить их безъядерные фрагменты, то в обоих случаях дробление при участии ахроматинового митотичёского аппарата может привести к образованию безъядерных бластулоподобных структур. Однако дальше развитие не пойдет.
2)Если объединить в опыте безъядерную цитоплазму яйцеклетки одного вида с ядром сперматозоида другого вида, то во многих случаях развитие таких клеток останавливается, достигнув стадии гаструлы.
Ответ: Опыты демонстрирует тот факт, что самые начальные этапы развития определяются продуктами материнских генов яйцеклетки и только к началу гаструляции активизируются гены зиготы.
15. Какое явление наблюдал Г. Шпеман на примере формирования глаза?
Наиболее ранняя закладка глаза представляет участок ткани промежуточного мозга, глазной пузырь, растущий по направлению к кожной эктодерме, где на месте их сближения образуется хрусталик в виде впячивания эктодермы. Если на одной стороне зародыша удалить закладку глазного пузыря, то на этой стороне хрусталик не образуется. Если, наоборот, закладку глазного пузыря пересадить под кожу в другом месте головы или туловища, то здесь на границе эктодермы возникает хрусталик.
Ответ: Шпеман наблюдал явление эмбриональной индукции.
16. Какое явление было установлено в опытах эмбриологов Дриш и Шпемана?
Они показали, что ядра ранних бластомеров морских ежей и тритонов способны обеспечить дифференцировку любых типов клеток. В их опытах бластомер, который в норме должен былдать начало лишь части зародыша, оказался способным дать в процессе развития целый организм.
Ответ: Явление эквивалентности генома разных клеток зародыша – тотипотентность.
Реализация наследственной информации в становлении дефинитивного фенотипа.
Избирательная активность генов в развитии.
Механизмы онтогенеза на клеточном и организменном уровнях.
Главный вопрос биологии : каким образом из одного яйца возникает множество разных типов клеток! А из одного генотипа – несколько тысяч разных фенотипов?
У млекопитающих из одной зиготы формируются более 1000 разных типов клеток.
Карл Маркс : «Всякое развитие независимо от его содержания можно представить как ряд различных ступеней развития, связанных друг с другом таким образом, что одна является отрицанием другой».
Развитие – непрерывный процесс изменения, обычно сопровождающийся увеличением веса, размеров, изменением функций. Почти всегда предполагает рост, который может быть связан с увеличением размера клеток или их количества. Вес яйцеклетки 1*10х(-5)г, сперматозоида – 5х10(-9)г. У новорожденного – 3200 г.
Одним увеличением массы невозможно обеспечить формирование признаков, характерных для организма.
Этапы развития.
Детерминация клеток
Дифференцировка клеток
Образование новой формы, морфогенез.
Нарушение любого этапа может привести к возникновению пороков развития и уродств.
Детерминация - ограничение, определение – прогрессивное ограничение онтогенетических возможностей эмбриональных клеток. Это означает, что на этапе детерминации клетки по своим морфологическим признакам отличаются от эмбриональных клеток, но функции выполняют еще клеток эмбриональных. Т.е. детерминированные клетки еще не способны выполнять специальные функции. У млекопитающих детерминированные клетки появляются на стадии восьми бластомеров. Химерные, аллоферные организмы. В качестве объекта исследования мыши. Зародыши мышей на стадии 8 бластомеров с помощью фермента проназы извлекают и разбивают на отдельные бластомеры, производят смешивание бластомеров от разных животных в пробирке, а затем вшивают в матку. В результате получаются нормальные животные, но окраска частей различна, т.к. исходные формы были разных цветов. Если подобную операцию проводить на более поздних этапах эмбриогенеза – гибель животных, что доказывает детерминацию клеток на данном этапе.
Процесс детерминации находится под генетическим контролем. Это ступенчатый, многоэтапный процесс, изученный пока недостаточно хорошо. По-видимому, в основе детерминации – активация тех или иных генов и синтез разных и-РНК и, возможно, белков.
Детерминация может нарушаться, что приводит к мутациям. Классический пример – развитие у мутантов дрозофилы вместо усиков ротового аппарата – конечности. Формирование конечностей в нехарактерных местах.
Дифференцировка . Детерминированные клетки постепенно вступают на путь развития (неспециализированные эмбриональные клетки превращаются в дифференцированные клетки организма). Дифференцированные клетки в отличие от детерминированных обладают специальными морфологическими и функциональными организациями. В них происходят строго определенные биохимические реакции и синтез специальных белков.
Клети печени – альбумин.
Клетки эпидермиса кожи – кератин.
Мышцы – актин, миозин, миелин, миоглобин.
Молочные железы – казеин, лактоглобулин.
Щитовидная железа – тироглобулин.
Слизистая оболочка желудка – пепсин.
Поджелудочная железа – трипсин, химотрипсин, амилаза, инсулин.
Как правило, дифференциация происходит в эмбриональном периоде и приводит к необратимым изменениям полипотентных клеток эмбриона.
Синтез специальных белков начинается на очень ранних стадиях развития. Касательно стадии дробления: бластомеры отличаются друг от друга цитоплазмой. В цитоплазме различных бластомеров имеются разные вещества. Ядра всех бластомеров несут одну и ту же генетическую информацию, т.к. имеют одинаковое количество ДНК и идентичный порядок расположения пар нуклеотидов. Вопрос о специализации до сих пор не нашел ответа.
1939 год Томас Морган выдвинул гипотезу: « дифференцировка клеток связана с активностью разных генов одного и того же генома». В настоящее время известно, что в дифференцированных клетках работает около 10% генов, а остальные неактивны. В силу этого в разных типах специализированных клеток функционируют свои определенные гены. Специальными опытами по пересадки ядер из клеток кишечника головастика в безъядерную яйцеклетку было доказано, что в дифференцированных клетках сохраняется генетический материал и прекращение функционирования определенных генов обратимо. Из яйца лягушки удаляли ядро, брали ядро из клетки кишечника головастика. Развитие не происходило, иногда эмбриогенез происходил нормально. Строение взрослой лягушки полностью определялось ядром.
На функционирование генов в процессе развития многоклеточного организма оказывают влияние сложные и непрерывные взаимодействия ядра и цитоплазмы и межклеточные взаимодействия.
Регуляция дифференцировки происходит на уровне транскрипции и на уроне трансляции.
Уровни регуляции дифференцировки клеток .
На уровне транскрипции.
Система оперона
Участие белков – гистонов, которые образуют комплекс с ДНК.
Участки ДНК, покрытые гистоном, неспособны к транскрипции, а участки без гистоновых белков транскрибируются. Таким образом, белки участвуют в контроле над считываемыми генами.
Гипотеза дифференциальной активности генов: « Предположение о том, что в разных генах дифференцированных клеток репрессированы (закрыты для считывания) разные участки ДНК и поэтому синтезируются разные виды м-РНК».
На уровне трансляции.
На ранних стадиях эмбрионального развития весь белковый синтез обеспечивается матрицами, созданными в яйцеклетке до оплодотворения под управлением ее генома. Синтез и-РНК не происходит, меняется характер синтеза белка. У разных животных синтез включается по-разному. У амфибий синтез и-РНК после 10 деления, синтез т-РНК на стадии бластулы. У человека синтез и-РНК после 2го деления. Не все молекулы и-РНК, находящиеся в яйцеклетке одновременно используются для синтеза полипептидов, белков. Часть из них некоторое время молчит.
Известно, что во время развития организма закладка органов происходит одновременно.
Гетерохрония – закономерность, предполагающая неодновременное развитие.
Процесс дифференцировки клеток связан с депрессией определенных клеток. В процессе гаструляции депрессия генов зависит от влияния неодинаковой цитоплазмы в эмбриональных клетках. В органогенезе основное значение у межклеточных взаимодействий. Позже регуляция активности генов осуществляется через гормональные связи.
В зародыше разные участки влияют друг на друга.
Ели разделить зародыш тритона на стадии бластулы пополам, то из каждой половины развивается нормальный тритон. Если то же самое проделать после начала гаструляции, из одной половины формируется нормальный организм, а другая половина дегенерирует. Нормальный зародыш образуется из той половины, где располагались дорсальная губа бластопора. Это доказывает, что
клетки дорсальной губы обладают способностью организовывать программу развития зародыша
никакие другие клетки не способны это делать.
Спинная губа индуцирует в эктодерме образование головного и спинного мозга. Сама она дифференцируется в спинную хорду и сомиты. В дальнейшем многие соседние ткани обмениваются индукционными сигналами, что приводит к образованию новых тканей и органов. Функцию индукционного сигнала выполняют гормоны местного действия, которые стимулируют рост. Дифференцировку, служат факторами хемотаксиса, тормозят рост. Каждая клетка продуцирует гормон местного действия – кейлон, который тормозит вступление клеток в синтетическую фазу митоза и временно тормозит митотическую активность клеток этой ткани и вместе с антикейлоном направляет клетки по пути дифференцировки.
Морфогенез – образование формы, принятие новой формы. Образование формы чаще всего происходит в результате дифференциального роста. В основе морфогенеза лежит организованное движение клеток и групп клеток. В результате перемещения клетки попадают в новую среду. Процесс происходит во времени и пространстве.
Дифференцированные клетки не могут существовать самостоятельно, кооперируются с другими клетками, образуя ткани и органы. В образовании органов важно поведение клеток, которое зависит от клеточных мембран.
Клеточная мембрана играет роль в осуществлении
Клеточных контактов
Агрегации.
Межклеточный контакт – подвижные клетки приходят в контакт и расходятся, не теряя подвижности.
Адгезия – пришедшие в контакт клетки длительное время прижаты друг к другу.
Агрегация – между адгезированными клетками возникают специальные соединительнотканные или сосудистые структуры, т.е. происходит формирование простых клеточных агрегатов тканей или органов.
Для формирования органа необходимо присутствие в определенном количестве всех клеток, обладающих общим органным свойством.
Эксперимент с дезагрегированными клетками амфибий. Взяты 3 ткани – эпидермис нервной пластинки, участок нервных валиков, клетки эктодермы кишечника. Клетки дезагрегированы случайным образом и смешаны. Клетки начинают постепенно рассортировываться. Причем процесс сортировки продолжается до тех пор, пока не образуются 3 ткани: сверху слой эпидермальной ткани, затем нервная трубка и внизу - скопление эндодермальных клеток. Это явление получило название сегрегации клеток – избирательной сортировки.
Смешивали клетки глазных зачатков и хряща. Раковые клетки не способны к сегрегации и неотделимы от нормальных. Остальные клетки подвержены сегрегации.
Критические периоды развития.
Критический период – период, который связан с изменением обмена веществ (переключение генома).
В онтогенезе человека выделяют:
1. развитие половых клеток
2. оплодотворение
3. мплантация (7-8 неделя)
4. развитие осевых органов и формирование плаценты(3-8 недели)
5. стадия роста головного мозга (15-20 недели).
6. формирование основных функциональных систем организма и дифференцировка полового аппарата(10-14 недели).
7. рождение(0-10 дней)
8. период грудного возраста – максимальная интенсивность роста, функционирование системы энергопродукции и др.
9. дошкольный (6-9 лет)
10. пубертатный - для девочек 12. для мальчиков 13 лет.
11. окончание репродуктивного периода, у женщин – 55, у мужчин – 60 лет.
В критические периоды развития проявляются мутации, поэтому надо быть внимательным к этим периодам. Все генетические программы связаны с детскими учреждениями.
Наследственные пороки (уродства) вызваны изменениями у родителей в ходе гаметогенеза в генотипе.
Наследственные уродства – выражены из-за повреждающих факторов среды.
Описано около 50 форм наследственной глухоты. Около 250 аномалий глаза, около 100 аномалий скелета.
В развитии организма большое значение имеют иммунная, эндокринная и нервная системы.
Иммунная система способствует сохранению и зарождению жизни, контролирует генотипическое постоянство, выполняет контрольные функции. На ранних стадиях эмбриогенеза формируется из стволовых клеток.
До 2 месячного возраста развивается тимус, угасает к периоду полового созревания.
Иммунная система очищает организм от мутирующих генотипов.
Лекция №9
Главной задачей генетики в проблеме индивидуального развития – познание и управление его внутренними факторами в дифференциальной транскрипции генов. Генетическая программа создает целостное развитие, включающее все пути клеточной дифференцировки и органогенеза. Реализация генетической информации записано чередованием нуклеотидов в ДНК зиготы, осуществляющей в результате непрерывных взаимовлияний ядра и цитоплазмы. Николай Кольцов подчеркивал важную роль обмена в-в между ядром и цитоплазмой и регуляции активности генов в онтогенезе. Цитоплазма зиготы играет важнейшую роль в прохождении ранних этапов эмбриогенеза. Цитоплазма яйцеклетки содержит много белков, РНК и других молекул. Эти молекулы синтезируют в оогенезе и имеют материнское происхождение. Для исследования цитоплазмы используют пересадку ядер. Опытами доказано, что хромосомы ядер одного вида изменяются, если перенести в цитоплазму другого вида эритроциты. Из курицы в человека или мыши показано, что оно реагирует на сигнал чужеродной цитоплазмы и начинает синтезировать ДНК и РНК. В чужеродной цитоплазме не происходит активация нормального развития генома. В ходе эмбриогенеза цитоплазматическое слияние дополняется клеточным взаимодействием. Наблюдается переход в-в из одной клетки в другую. В развитие этой гепотезы внесли вклад Генрих Штеман (1938) и Чайльд (1942).Теория градиентов концентрации химических в-в (дистантные агенты) – запускают морфологические процессы. Явление эмбриональной индукции имеет место в развитие нервной трубки, хрусталика, почки, конечностей. Индукторы – хорда мезодермы, гладкий пузырь, боковая мезодерма. В результате индукции происходит дерепрессия. Первичная индукция вероятно связано с белком (из хорды мезодермы в эктодермальные клетки мигрируют). Исследование показало, что индуктор поджелудочной железы представляет белок, синтезируемый мезенхимными клетками. Сначала стимулирует клетки тканей эктодермального эпителия, к делению число клеток увеличивается и в эндокринные и экзокринные. Дифференциальная характеристика синтеза ферментов и гормонов последовательно друг за другом в запрограммированном порядке – это показывает, что структурные гены активируются последовательно. Индукторы – это белки с молекулярным весом около 3000. Тидеман 1935. Индуктор проникает внутрь клетки и вызывает активность. Ядра клеток еще не дифференцируются и эквивалентны ядру зиготы в его исходном состоянии. В процессе дифференцировки хромосомы претерпевают изменения, связанные спецификой обмена в-в. Гены функционируют в интерфазном состоянии. Не выделяют генные продукты в цитоплазму. Функциональное состояние ядра оценивается по синтезу Днк и Рнк, определенные с помощью меченных предшественников. Если ядро нейрона лягушки пересадить в активную неоплодотворенную яйцеклетку, его ядро начинает синтезировать ДНК, но прекращается синтез Рнк => в цитоплазме яйцеклетки есть регулятор синтеза Рнк и активатор синтеза Днк. Действуют независимо и указвает на связь ядра и хромосом с дифференцировкой соматических клеток организма. Большая роль в процессах развития принадлежит гормонам (действие дистантно - значительное расстояние от места секреции). Роль – гормоны стероидной или полипептидной природы – мощные регуляторы активности клеток. Стероидные – андроген, эстроген проходят через мембрану и соединяются с цитоплазматическими белками. Затем активируется стероид регуляторного комплекса и в ядро, где связываются определенные участки хромосом, тем самым приводя специфическую активность гена. Эстроген и прогестерон контролируют функцию яйцеводов. Введение эстрогена приводит к дифференцировке клеток. Если введение прекратить, то синтез овальнунина не происходит. Повторное введение приводит к восстановлению синтеза этого белка. Полипептидные гормоны действуют на плазматическую мембрану и влияют на синтез Атф. Один из главных методов изучения дифференцировки – метод культуры ткани. В настоящее время генетическая последовательность на культуре тканей ведутся с использованием спонтанно возникающих соматических мутаций. Эти мутации затрагивают иммунные реакции. Активация генов – транскрипция – иРНК – трансляция – полипептидные цепи – структурные белки или ферменты – свойства и строение клеток (скорость размножения, специфические миграции клеток, гибель некоторых клеток) – формирование тканей и органов. Влияние экзогенных факторов приводит к изменению экспрессивности генов. Изучение механизмов регуляции активности генов является одной из проблем современной биологии. В зиготе гены не активны. Дерепрессия или активация генов происходит в ходе развития. Дерепрессия различных генов. На любой стадии дифференцировки клетки работают не более 50% генов. В качестве репрессоров – гистоны. Синтез контролируется генами. Взаимодействие клеток проявляется через взаимодействие репрессоров генов ядра и цитоплазмы и различных клеток. Мало данных, чтобы контролировать развитие организма. В онтогенезе нельзя изменить каждую – либо функцию без того, чтобы не затронуть всю систему онтогенеза. Он программирован в генотипе, протекает неравномерно. Рука состоит из 29 тканей и 1) каждая из них в процессе развития должна приобрести определенные размеры, форму и образовать сустав, 2) образоваться 40 мышц и каждая должна иметь определенную величину в соответствии с участком кости, 3) к этим мышцам подходят нервы, каждый из которых должен соединяться с соответствующим двигательным кольцевыми пластинками на мышечном волокне или с рецептором кожи, сухожилия и сустава, 4) развитие множества артерий и вен в определенных местах. Свойство – приспособление. Изменение биохимических процессов, св-ва клеток, тканей и органов. Наш генотип определяется врожденными приспособлениями организма к условиям внешней среды, т.к. факторы разнообразны, но в процессе эволюции отбор создал специальные механизмы индивидуального развития (детерминирование). Организмы одного генотипа могут легче чем другие приспосабливаться к изменениям температуры, изменениям давления. Способность организма приспосабливаться в индивидуальном развитие к изменяющимся условиям – онтогенетическая адаптация. Критерии – сохранение до воспроизведения потомства. Организм может адаптироваться к действующим факторам внешней среды. Адаптация – генотипическая и фенотипическая. Генотипическая адаптация – приспособление организма к конкретным условиям. Фенотипическая – наследственные изменения, не ограниченные в своих пределах норм реакции. Пример фенотипической адаптации. Прокариот. Дрожжи к галактозе. Выращивают на среде с глюкозой. Если поменять, среду в среду лишенной глюкозы, дрожжи не будут размножаться, но через несколько часов начнут сбраживать галактозу (перестройка механизма). Фенотипическая адаптация, т.к. если ввести глюкозу, то дрожи теряют приобретенную адаптацию к сбраживанию глюкозы. Изменяется ферментативная обеспеченность. Происходит синтез специфического фермента, который сбраживает необычный субстрат – ферментативная адаптация. Происходит клеточные изменения. Наличие фенотипической адаптации дает понять о существовании внутриклеточных механизмов, обеспечивающих адаптацию клетки к изменяющимся факторам среды.
Деление клеток . Является чрезвычайно важным процессом в онтогенетическом развитии. Оно протекает с разной интенсивностью в разное время и в разных местах, носит клональный характер и подвержено генетическому контролю. Все это характеризует клеточное деление как сложнейшую функцию целостного организма, подчиняющегося регулирующим влияниям на различных уровнях: генетическом, тканевом, онтогенетическом.
Миграция клеток . Для миграции клеток очень важны их способность к амебоидному движению и свойства клеточных мембран. И то, и другое генетически детерминировано, так что и сама миграция клеток находится под генетическим контролем, с одной стороны, и влияниями окружающих клеток и тканей - с другой.
Дифференцировка клеток . Дифференцировка - это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. В самом узком смысле это изменения, происходящие в клетке на протяжении одного, нередко терминального, клеточного цикла, когда начинается синтез главных, специфических для данного клеточного типа, функциональных белков. В более широком смысле под дифференцировкой понимают постепенное (на протяжении нескольких клеточных циклов) возникновение все больших различий и направлений специализации между клетками, происшедшими из более или менее однородных клеток одного исходного зачатка. Этот процесс непременно сопровождают морфогенетические преобразования, т.е. возникновение и дальнейшее развитие зачатков определенных органов в дефинитивные органы. Первые химические и морфогенетические различия между клетками, обусловливаемые самим ходом эмбриогенеза, обнаруживаются в период гаструляции.
Эмбриональная индукция . Это явление, при котором в процессе эмбриогенеза один зачаток влияет на другой, определяя путь его развития, и, кроме того, сам подвергается индуцирующему воздействию со стороны первого зачатка.
Критические периоды онтогенеза.
С конца XIX в. существует представление о наличии в онтогенетическом развитии периодов наибольшей чувствительности к повреждающему действию разнообразных факторов. Эти периоды получили название критических, а повреждающие факторы - тератогенных. Единодушия в оценке различных периодов, как более или менее устойчивых, не существует.
Некоторые ученые полагают, что наиболее чувствительными к самым разнообразным внешним воздействиям являются периоды развития, характеризующиеся активным клеточным делением или интенсивно идущими процессами дифференциации. П. Г Светлов, в середине XX столетия внесший большой вклад в разработку проблемы, считал, что критические периоды совпадают с моментом детерминации, который определяет конец одной и начало другой, новой цепи процессов дифференциации, т.е. с моментом переключения направления развития. По его мнению, в это время имеет место снижение регуляционной способности. Критические периоды не рассматривают как наиболее чувствительные к факторам среды вообще, т.е. независимо от механизма их действия. Вместе с тем установлено, что в некоторые моменты развития зародыши чувствительны к ряду внешних факторов, причем реакция их на разные воздействия бывает однотипной.
Критические периоды различных органов и областей тела не совпадают друг с другом по времени. Причиной нарушения развития зачатка является ббльшая чувствительность его в данный момент к действию патогенного фактора, чем у других органов. При этом действие разных факторов может вызвать одну и ту же аномалию. Это свидетельствует о неспецифическом ответе зачатка на повреждающие воздействия. В то же время некоторая специфичность тератогенных факторов выражается в том, что, будучи различными, они оказывают максимальное повреждающее действие не на одних и тех же стадиях развития.
П. Г. Светлов установил два критических периода в развитии плацентарных млекопитающих. Первый из них совпадает с процессом имплантации зародыща, второй - с формированием плаценты. Имплантация приходится на первую фазу гаструляции, у человека -на конец 1-й -начало 2-й недели. Второй критический период продолжается с 3-й по 6-ю неделю. По другим источникам, он включает в себя также 7-ю и 8-ю недели. В это время идут процессы нейруляции и начальные этапы органогенеза.
Повреждающее действие во время имплантации приводит к ее нарушению, ранней смерти зародыша и его абортированию. По некоторым данным, 50-70% оплодотворенных яйцеклеток не развиваются в период имплантации. По-видимому, это происходит не только от действия патогенных факторов в момент начавшегося развития, но и в результате грубых наследственных аномалий.
Действие тератогенных факторов во время эмбрионального (с 3 до 8 нед) периода может привести к врожденным уродствам. Чем раньше возникает повреждение, тем грубее бывают пороки развития. Развивающийся организм можно уподобить большому вееру. Достаточно небольших нарушений у его основания, чтобы вызвать большие изменения во всем веере. При действии тератогенных факторов в фетальном периоде возникают малые морфологические изменения, задержка роста и дифференцировки, недостаточность питания плода и другие функциональные нарушения.
У каждого органа есть свой критический период, во время которого его развитие может быть нарушено. Чувствительность различных органов к повреждающим воздействиям зависит от стадии эмбриогенеза.
Рис. 12. Чувствительность развивающегося зародыша человека к повреждающим факторам
Заштрихованным отрезком обозначен период наиболее высокой чувствительности, незаштрихованным - период меньшей чувствительности; 1-38- недели внутриутробного развития
Факторы, оказывающие повреждающее воздействие, не всегда представляют собой чужеродные для организма вещества или воздействия. Это могут быть и закономерные действия среды, обеспечивающие обычное нормальное развитие, но в других концентрациях, с другой силой, в другое время. К ним относят кислород, питание, температуру, соседние клетки, гормоны, индукторы, давление, растяжение, электрический ток и проникающее излучение.
