Hogyan sejtek tudják, hogy az egyik kell, hogy váljon a haj, a másik a csontok, az agy a többiek, és így tovább

Tanulás iskola anatómia természetesen megtermékenyítés részén testvér megkérdezte részeként már több részre oszlik, tojás „érti”, hogy egyedül legyen a haj, a másik a csontok és néhány agy stb testek képződnek sorrendben, néhány továbbra is alkot az egész életen át .. mint egy csapat kell benyújtani „kezdeni épület” és a „teljes kialakulását.” És ha ezek a csapatok nem alakítható ki egyetlen pontból - nem lesz káosz. Hol van akkor a központ?

Ez a kérdés - nem a gyermekek számára. Ez valójában nem egy, hanem néhány kérdésre, és befolyásolják a legfontosabb kérdés foglalkozott a nagy, nagyon összetett és gyorsan fejlődő tudomány - biológia fejlődését. Jó és részletes választ ezekre a kérdésekre, hogy néhány szóban lehetetlen. A válaszok megtalálhatók a nagy és vastag könyvek és cikkek ezreit. Sok ez a tudomány még mindig nem tisztázott, és az új felfedezések készül szinte naponta.

De néhány általános elvek próbálja megmagyarázni.

Kezdjük a „United Center”, amely nélkül „káosz van.” Meglepő módon nem ez a helyzet. Sok osztódó sejtek viselkednek elég értelmesen és építeni összetett szerkezetek, akkor is, ha nincs egyetlen központ. Ezek az eljárások az úgynevezett „önszerveződés”. Sajnos, az emberi elme úgy van összeállítva, hogy ez rettenetesen nehéz megérteni ezeket a folyamatokat. Amikor szembesülünk példák önszerveződés, mindig úgy tűnik, hogy valami megmagyarázhatatlan csoda. Például, mint a véletlenszerűen mozgó molekula vizet gőz alakban jég szép minták az üveg vagy hópelyhek? Hol van az a „program létrehozására hópelyhek” vagy „rajz”? A rajz nem létezik sehol, de a program - vannak azok a fizikai tulajdonságai a víz molekulák, amelyek meghatározzák a jégkristályok képződéséhez.

De térjünk vissza a sejtcsomóként - az apró magzat, amely alakult ki a tojásból eredményeként az első néhány osztódás. Minden cella az embrió ugyanazon gén (génkészlet). Genom meghatározza mindazokat a tulajdonságokat, a sejtek, ez a „program viselkedését.” A program minden sejt az embrió ugyanaz. Hamarosan azonban a sejtek kezdenek viselkedni: egyes átalakítják hámsejteket, mások - a sejtek a bélben, és így tovább. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a sejtek közti kommunikáció - küldő egymással kémiai jeleket, és megváltoztassák viselkedésüket függően jeleket kaptak a szomszédok. A jelek lehetnek fizikai: a sejtek „érzi” a szomszédjai, ahol húzza vagy tolja. Ezen kívül néhány érkező jelek a külvilágtól. Például ivarsejtjeiben növények érzékelik a gravitáció, és vegye figyelembe, amikor arról döntenek, hogyan kell viselkedni. Például azok a sejtek, amelyek a szomszédos cellák csak a felső, kezd fordulni a gyökér, és azok, akik csak a szomszédok alulról - a száron. Végül a tojás lehet a kezdetektől, hogy egy egyszerű „jelölés”, annak egyik pólus eltérhetnek egymástól a koncentrációját, amit egyes anyagok.

Program viselkedés minden sejtben eredetileg egy és ugyanaz, de ez is elég összetett, és állhat több különböző szabályrendszer. Melyik a szabályrendszer, a cella fogja követni függ által vett jelek a sejtben. Minden egyes „szabály” valahogy így néz ki: „ha a következő néhány feltételek tenni ilyen és ilyen lépéseket.” A főbb intézkedések, amelyek a sejtek - bekapcsolt vagy kikapcsolt állapotban bizonyos gének. Engedélyezése vagy letiltása a gén megváltoztatja a tulajdonságait a sejt, és elkezd másképp viselkednek eltérően reagálnak a jeleket.

Hogy van az, hogy a sejtek, amelyek ugyanazt a programot magatartás és látszólag azonos körülmények között, még másként viselkednek? Az a tény, hogy a magzati sejtek valójában a különböző körülmények között - ez csak egy kérdés, hogy mi történik a folyamat a sejtosztódás. Valaki bent valaki kívülről, valaki alulról, hogy valaki a felső, hogy valaki a összetevő koncentrációja A magas (mivel a sejt van kialakítva egy része a tojás, ahol az anyag volt, egy csomó), és akiknél -Ez az anyag egy kicsit.

Még a sejtek lehet „counter megosztottság”, amely azt mondja nekik, hogy hány alkalommal a tojás már meg van osztva. Ez a számláló is a kémiai: a tojás eredetileg bizonyos anyagok, az állomány, amely nem feltölteni az embrionális fejlődés során, és mennyi van hátra a ketrecben ezek az anyagok felmérni, hogy hány megosztottság óta eltelt fejlődés kezdetén.

sejt viselkedését programot tartalmazhat, például, a következő parancsokat:

„Ha ezen kívül,
és ha a koncentráció az A anyagot oly-te (tárolni, egy sor)
és ha a koncentráció a B anyag körül nulla,
és ha a fejlődés kezdetén telt 10 hadosztály,
akkor kezdenek kiválasztani a B anyag”.

Mi lesz a teljesítése egy ilyen csapat? Ez vezet az a tény, hogy a felszínen az embrió egy bizonyos ponton (tíz osztás) lesz egyetlen sejtből, titkos anyag B. Ez lesz található egy jól meghatározott távolságra az egyik pólus az embrió, mert ebben a példában az A anyag használták az eredeti jelölést a tojást. Következésképpen az anyag koncentrációja Egy cella határozza meg, hogy milyen távolságban a pole az embrió található. Miért olyan szekretálja a B anyag, akkor csak egy? És mivel ez volt az utasítás: „Ha a B vegyület koncentrációja körül nulla”. Miután az első cellát, amelyben feltételeknek eleget B adnak le egy anyag koncentrációja ez az anyag már nem lehet nulla, és ezért más sejtek kezdenek kiválasztani az enzimet.

Mi történik, ha eltávolítjuk a program utasításait „Ha a B vegyület koncentrációja körül nulla”? Ezután a B anyag kezd látszanak nem egy cellában, és az egész zenekar a sejtek körülveszi az embriót egy bizonyos távolság a pólusok. A az öv szélessége és helyzete (közelebb vagy távolabb a pólusok, ahol a koncentráció maximális A) attól függ, milyen összetevő koncentrációja A jelentése megadott utasítások „Ha a összetevő koncentrációja A benned így és így.”

Most a embrió van jelölve sokkal bonyolultabb és érdekesebb, mint korábban. Van egy „első rész”, amelyben a sok A és B koncentráció növekedésével elölről hátrafelé; van egy központi öv, ahol a maximális koncentrációja a B; és ő a hátsó, ahol kevés az A és B, ahol a koncentráció csökkenésével elölről hátrafelé. A embrió van felosztva élesen körülhatárolt egymástól részei, amelyben a sejtek különböző körülmények között, és ezért végre különböző rutinok eredeti teljes programot.

Osztottuk az embrió az első, középső és hátsó irodában. Ezek lehetnek például, a fej, a test és a farok. De szeretném megérteni, hogy hol van vissza, és ahol a gyomorban. Hogyan kell csinálni? Ez nagyon egyszerű, már eltelt. Az utasításokat, ami a megjelenését csak egyetlen sejt vagy kissejtes csoportok, felszabadító bármely anyag (például B) mindkét „oldalán” az embrió, valahol középen között a fej és a farok. És legyen ez a cucc a program elindul, egyre szép zöld háti gerinc, ahol a tétel, és a program létrehozására puha rózsaszín has, ha ez nem elég.

Amikor az embrió már olyan jól, és részletesen „jelölt”, minden sejtcsoport lehet meghatározni, ahol könnyen, és aktiválja a betakarított ebben az esetben egy szubrutin (egy sor viselkedési szabályokat).

Az embrionális fejlődés során valóban itt is, ott vannak speciális „központok” - csoportok termelő sejtek olyan anyag, amelyet jelzésére használt más sejtek, és befolyásolja a viselkedést. De minden sejt viselkednek mindig szoros összhangban az eredeti genetikai program, amely mind egy és ugyanaz. Vezérlőközpontok spontán, az önszerveződés, senki a célból, hogy ne ragadjon. És nincs „egyetlen, központi irányítás,” intelligensebb, ésszerű, ez nem szükséges.

Ezekben az állatokban a fejlesztés több és nehezebb, mint gondolta a példánkban, de furcsa módon, nem sok. Például az állatok többségét a „hosszanti” jel az embriót használt körülbelül egy tucat jelző anyagok (példánkban sikerült két - A és B). A termelés ezen anyagok megfelelnek az adott gének csoportja - az úgynevezett „Hawks gének”. A szétválasztás embrio szövetekben (idegi, izmos, epiteliális, stb ...) használ három tucat más jelátviteli anyagok - nevezzük miRNS. De ez - csak a legfontosabb szabályozók a fejlődés, de még mindig sok támogatást, és a tudósok még nem alakított ki az összes tulajdonságaikat és rendeltetésüket.

Signal anyagok viselkedésének irányításához csírasejtek nagyon erős. Például ha levágta ebihal farkát, és csökkent a sebre egy ilyen anyagok helyett az új farok egy ebihal nőnek egy csomó kis lábak. Az ilyen kegyetlen kísérleteket végeztek elején a XX században. Ezután az ügy került a genetika, aki megtanított a munka gének bizonyos részeit az embrió. Beleértve azokat a géneket, amelyek olyan anyagokat termelnek - fejlesztés szabályozók. Az egyik legérdekesebb felfedezések genetika, hogy a gének, amelyek ellenőrzik a fejlődés, nagyon hasonló volt az összes állatot. Ők is lehet ültetni az egyik állatról a másikra, és működni fog. Például, ha Ön az egér gén, amely magában foglalja a rutin szemészeti formáció az egér, és ez a munka a bajt láb repül, majd Mushin láb kezd kiválni a szemét. Azonban nem egy egér szem és Fly.

Tehát, rájöttünk, hogy a genomban nem „rajz” a felnőtt szervezet, de csak egy program viselkedését az egyes sejteket. Felnőtt szervezet „önszerveződő” egyszerűen annak a ténynek köszönhető, hogy minden sejt szigorúan ugyanaz a program viselkedését. A matematikusok azt mondják, hogy a kódolt genomjában egy felnőtt állat rajza lenne sokkal bonyolultabb, mint ez a program. Ez a program, furcsa módon, önmagában sokkal egyszerűbb, mint a kapott szervezetre. És, ha a fejlődés nem volt keresztül önszerveződés alapján a programot, és a rajz, nem lenne sokkal nehezebb fejlődni.

Száz évvel ezelőtt, amikor a tudósok nem tudják a jogszabályok az embrió fejlődése, sok az alakulását úgy tűnt számukra érthetetlen. Például egyes tudósok azon, hogyan lehet az evolúció a hosszúkás mind a négy lába ugyanakkor - mert ez, úgy indokolt, meg kell változtatni a hosszát mutációk egyszerre ezt mind a négy lába! Valóban, ha a genom egy rajz egy felnőtt szervezet került rögzítésre, akkor tartani, hogy ez a rajz több mint négy módosítást hosszának növelésére négy láb. Most már tudjuk, hogy a fejlesztés a program, ami elég ahhoz, hogy csak az egyik változás, hogy a hossza mind a négy végtag megváltozott, és ugyanígy kell kicserélni.

Válasz: Alexander Markov

Melyek a különböző típusú szöveti egy soksejtű szervezet? Mi a funkciója a hám? Mik az izomsejtek? És hogyan sejthalál? Ez azt mondja PhD Evgeny Cheval.

Csatlakozz a szexuális folyamat, ez is a képviselő, mindkét nembeli, kivéve az övé. A sejteket eredményeként kapott a szexuális folyamat, nem öröklik fele a „szülők” - úgy döntenek, hogy véletlenszerűen számos lehetőség közül. A kutatócsoport az Egyesült Államok és Kína, hogy megértsék a részleteket ezen aspektusa magánélete csillósok.

Sok gén a szervezetben végre egyszer két vagy több funkciót. Így van „alkalmazkodó konfliktus”: a mutációk, amelyek javítják az egyik feladatot, kárt másoknak, és ezért nem lehet megállapítani. A biológusok a Duke University (USA) sikerült megmutatni egy konkrét példát, hogy a párhuzamos kétfunkciós gén vezet a munkamegosztás között alakult példányban. Mind a másolatokat az optimális megoldások egyike a két feladat, és egyaránt végző funkciók eredményeképpen egyre hatékonyabb.

Között két elszigetelt populációk előbb vagy utóbb van egy genetikai inkompatibilitás megnyilvánuló csökkent életképesség vagy steril hibrid utódokat. A klasszikus modell Dobzhansky-Moller, összeférhetetlenség merül fel, mellékhatásaként biztosítása génállományok két különböző mutációk, amelyek némelyike ​​valójában egyszerű véletlenszerűség összeegyeztethetetlen mutáció beépült más génállomány.

Gene Prdm9 - csak azonosított emlősgén hibrid sterilitás ( "speciációjának gén"). Sikertelen kombinációs allélek (variánsok) Prdm9 más génekkel meddőséghez vezet egerekben interspecifikus hibridek. Emberben, mutációk ebben a génben is vezethet férfi meddőség.

Egy nemzetközi kutatócsoport felfedezett egy korábban ismeretlen gének családját fejlesztéséhez szükséges uszonyok a halakban és a szinkronizált actinodin (és). A szárazföldi gerincesekre és a gének hiányoznak. Úgy tűnik, ezek elvesztek a korai szakaszában az evolúció négylábúak. Letiltása a gén a halakban és változásaihoz vezet számos kulcsfontosságú szabályozó gének, amelyek nem csak a halak, hanem a háziállatok és amelyen a anteroposterior polaritását a végtag bud (akár fin vagy láb). Hasonló változások Ezekben a szabályozó gének négylábúak, így néhány mutáció vezet polydactylia (polydactyl).

Egy fontos szakaszában speciációs kialakulását genetikai inkompatibilitás (postzigoticheskoy izolálás) közötti eltérő nézetek, amely megnyilvánul a csökkentett állóképesség a hibridek. Ha a két populáció nem kereszteződnek hosszú, elkerülhetetlenül felépíteni kölcsönösen inkompatibilis allélok, hiszen a választás nem ellenőrizze a kompatibilitást a két gén-gén medencék szétválasztjuk. Mostanáig a kutatási erőfeszítések középpontjában a megállapítás összeegyeztethetetlen gének a genom faj már megoszlanak. Amerikai biológusok felfedezték, hogy az ütköző pár allélek gyakran előforduló, egy egységes, osztatlan faj génállományának.

A regenerációs elveszett végtagok nagymértékben hasonló a folyamat azok kialakulásának az embrionális fejlődés során. Mint kiderült, a hasonlóság nem csak a külső. Mindkét folyamat szabályozza ugyanazt a genetikai szabályozó kaszkád - Wnt / béta-catenin és BMP. Bekapcsolása és kikapcsolása egyes gének - a résztvevők ezeket a szakaszokat, lehetőség van nem csak letiltani regeneráció állatok képes rá, de tartalmazza azt azok az állatok, akik elvesztették ezt a képességet. Pontosabban, a tudósok sikerült ily módon tartalmaznak egy elveszett regenerációs folyamatot a csirke szárny.

Összehasonlítva a aktivitási szintje 907 gének emberekben, csimpánzok, orangutánok és a rhesus majmokon végzett 30 gén, amelynek aktivitása emberekben drámaian megnövekedett összehasonlítva más főemlősök, és 19 gének csökkent aktivitással. Az első csoportban volt a sok transzkripciós faktorok, azaz a gének, amelyek funkciója, hogy szabályozza a tevékenységét más gének. Azok közül a gének, amelynek aktivitása a csimpánzok, transzkripciós faktorok sokkal kevésbé. Nyilvánvaló, változások a tevékenységét gének szabályozó hatóságok jelentős szerepet játszott a fejlődése volt az emberi vonalat.

Amerikai biológusok végeztek egy evolúciós kísérletet, amelynek során 640 élesztő vonalak, származó 64 különböző genetikailag-alapító sejtek igazított azonos feltételek 500 generációk. A növekedés a fitness teszt vonal volt a gyorsabb, annál alacsonyabb az eredeti alapító fitness. Ennek eredményeként, a fitness különbségeket kisimítják a kísérlet végére. Egy sor hasznos mutációk, beépült különböző vonalak, nem függ a kezdeti és a genotípus különböző nukleotid-szinten, bár sok közülük által érintett ugyanazokat a géneket. A tanulmány nem tárt fel semmilyen konkrét közötti kölcsönhatásokat mutációt, de úgy találta, hogy a hasznossága az azonos mutáció növelésével csökken az általános fitness a genotípus.