Факторы влияющие на развитие организма кратко
Обновлено: 02.07.2024
Генетика развития: влияние генов и окружающей среды
Развитие определяется действием генов, взаимодействующих с клеточным и средовым окружением. Вовлеченные продукты гена включают регуляторы транскрипции, факторы диффузии, взаимодействующие с клетками и направляющие их по специфическим путям развития к рецепторам для таких факторов, структурным белкам, внутриклеточным сигнальным молекулам и многому другому.
Неудивительно поэтому, что наиболее многочисленные нарушения развития, встречаемые у людей, вызваны геномными, хромосомными или генными мутациями. Тем не менее даже если геном явно служит первичным источником информации, регулирующей и определяющей развитие человека, роль генов в развитии часто ошибочно считают основной. Фактически геном не имеет сходства с планом архитектора, точно определяющим, какие материалы должны быть использованы и как они должны быть собраны; это не буквальное описание итоговой формы, используемое всеми эмбриональными и плодными структурами.
Скорее геном определяет набор взаимодействующих белков и некодирующей РНК, указывающий направление процессов роста, миграции, дифференцировки и апоптоза, в конце концов с высокой степенью вероятности приводящих к развитию нормальных зрелых структур. Таким образом, например, нет генетических инструкций, указывающих, что фаланга пальца примет форму часового стеклышка или что глаз будет сферическим. Эти формы возникают как подразумевающиеся последствия процессов развития, тем самым генерируя структурно правильные клетки, ткани и органы.
Хотя первичные регуляторы развития — гены, другие процессы также должны сыграть свою роль. Развитие, регулируемое, но не детерминированное геномом, подчеркивает существенную роль вероятности в нормальном развитии. Например, у мышей мутация в гене формина вызывает аплазию почек только у 20% носителей мутации, даже если мутация передается инбредным животным.
Считают, что инбредные мыши генетически идентичны по всем локусам в их геномах, поэтому 20% пенетрантность единичной мутации в гене формина не может объясняться другими модифицирующими генами у мышей, пораженных почечной агенезией, по сравнению с непораженными мышами. Наиболее правдоподобное объяснение этому феномену — то, что мутация формина смещает баланс некоторого эволюционного процесса, увеличивая вероятность превышения порога одного из факторов почечной аплазии.
Факторы окружающей среды и их влияние на развитие
Локальная среда, в которой находится клетка или ткань, играет центральную роль в обеспечении нормального контекста развития. Неудивительно, что лекарства или другие агенты, проникающие из окружающей среды, могут оказаться тератогенами, поскольку они часто создают помехи, связываясь с молекулами, участвующими в действии генов. Идентификация механизма тератогенеза имеет очевидный смысл не только для клинической медицины и здравоохранения, но также для фундаментальной науки; понимание того, как тератогены вызывают врожденные дефекты, может дать понимание нарушений основных путей развития, приводящих к пороку.
Поскольку молекулярные и клеточные пути, используемые в ходе развития, часто уникальны и не используются после созревания, тератогены, вызывающие тяжелые врожденные пороки, могут не иметь побочных эффектов у взрослых людей, поскольку упомянутые пути больше не функционируют или имеют другие цели во взрослом состоянии. Характерный пример — ретиноидный синдром плода, наблюдаемый у женщин, получавших в течение беременности лекарство изотретиноин. Изотретиноин — пероральный ретиноид, предназначенный для системного лечения фурункулеза.
Он вызывает тяжелые врожденные пороки, если применяется во время беременности, поскольку имитирует действие эндогенной ретиноевой кислоты, вещества, рассредоточенного в тканях плода и взаимодействующего с клетками, заставляя их следовать по конкретному пути развития.
Другие тератогены часто вызывают очень специфические наборы врожденных пороков, риск которых критически зависит от гестационного возраста на момент воздействия, чувствительности разных тканей к тератогену и продолжительности воздействия тератогена в ходе беременности. Один из классических примеров — талидомидный синдром. Талидомид — успокоительный препарат, широко используемый в пятидесятые годы XX в., впоследствии распознан как тератоген.
Некоторые тератогены, например рентгеновское излучение, также являются мутагенами. Фундаментальное различие между тератогенами и мутагенами — то, что мутагены вызывают нарушения, создавая наследуемые изменения в генетическом материале, тогда как тератогены действуют непосредственно и однократно на развитие тканей эмбриона. Таким образом, влияние на плод мутагена может вызывать повышенный риск врожденных дефектов или других болезней (например, опухолей) в течение всей жизни человека и даже у его потомства, а влияние тератогенов увеличивает риск врожденных дефектов в данной, но не в последующих беременностях.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Основные факторы, влияющие на рост и развитие человека
Реализация человеком программы онтогенеза, заложенной в его хромосомах, зависит от состояния внутренней среды организма, а также от влияния внешней среды. Наибольшее распространение получили две классификации факторов, определяющих протекание онтогенеза у человека.
Первая классификация делит факторы по их природной сущности. Согласно ей выделяют две группы факторов:
1 группа – биотические факторы , то есть факторы, относящиеся к живой природе. Это наследственность, микробное окружение, присутствие различных паразитов и тому подобное;
2 группа – абиотические факторы , то есть факторы неживой природы. К ним относятся климат, химический состав почвы, воды, пищи, воздуха, радиационный фон, интенсивность электромагнитных полей и излучений.
Вторая классификация, делящая факторы по их принадлежности к внутренней или внешней среде, является наиболее распространённой и общепризнанной во всём мире. В частности, этой классификацией пользуются при изучении показателей здоровья и качества жизни больших популяций людей (населения стран, областей и других) и определения зависимости этих пока-
зателей от различных условий проживания и национальных особенностей. В соответствии с этой классификацией все факторы делятся на эндогенные (относящиеся к внутренней среде организма) и экзогенные (относящиеся к среде обитания).
К эндогенным факторам относятся:
генетические фактор ы (национальность, наличие наследственного, генетического заболевания, пол человека). Указанные факторы влияют на процессы роста и развития либо прямо, посредством формирования определённых уровней и соотношений гормонов, регулирующих эти процессы, либо опосредованно через изменение метаболизма организма;
травма (то есть повреждение) пренатальная или постнатальная, нарушающая рост и развитие. Травма может быть химической, физической, иммунологической или являться результатом инфекции.
К экзогенным факторам относятся:
1) природные факторы:
рельеф, геологическое строение района проживания, характер почвы;
водные ресурсы (атмосферная влага, обеспеченность населения водой, её качество);
характер и состояние растительности, животного мира, устойчивость экологических систем, частота чрезвычайных ситуаций природного характера
2) хозяйственная деятельность человека как таковая и через её влияние на окружающую среду (экологическая обстановка в районе проживания, современная экономическая ситуация);
3) социальные факторы:
уровень культуры (в том числе гигиенической), национальные тради ции, отношение к здоровью;
факторы питания (традиционный выбор продуктов, способы приготовления пищи, режим питания);
уровень образования, социальное положение, профессия интересы родителей, система ценностей в семье, её состав, уровень материальной обеспеченности, условия быта;
доступность медицинской помощи, её уровень, эпидемическая обстановка в коллективе или в районе проживания;
Любой организм подвержен действию внешних факторов, то есть действию факторов среды, в которой он обитает. Организм не может существовать вне среды. Организм и среда его обитания взаимосвязаны и оказывают определенное влияние друг на друга. Изучением данного взаимовлияния занимается экология.
С точки зрения экологии, среда обитания – это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, рост, выживаемость, размножение и т. д.
Элемент среды, который оказывает какое-либо действие на организм на любом из этапов онтогенеза, называется экологическим фактором среды. Факторы по своей природе делят на абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические – это факторы неживой природы. К ним относятся климатические и местные факторы. Климатические факторы – это солнечный свет, температура воздуха, влажность. К местным факторам относят рельеф, свойства почвы, радиации и другие факторы.
Биотические факторы – это взаимовлияние организмов друг на друга. Различают факторы фитогенные (влияние растений); микогенные (влияние грибов); зоогенные (влияние животных); микробиогенные (влияние микроорганизмов).
Антропогенный фактор – любая деятельность человека, которая приводит к изменениям условий обитания живых организмов. В последнее время действие именно антропогенных факторов сильно влияет на жизнь других живых существ. Человек проводит мелиорацию, вносит большие дозы удобрений, пестицидов, строит большое количество заводов, использует машины и т.д. Все это не может не отразиться на других живых организмах.
Организмы по-разному испытывают влияние экологических факторов. Сила воздействия каждого из них постоянно меняется.
Существует значение фактора, при котором жизненные процессы организма протекают наиболее благоприятно. Это так называемое оптимальное значение, или оптимум. При отклонении значения фактора от точки оптимума организм начинает чувствовать себя угнетенно. При достижении фактором определенных значений (максимального или минимального) организм попадает в критическое положение. Если влияние фактора выходит за границы точек максимума или минимума, то организм погибает.
Границы действия какого-либо экологического фактора, в пределах которых возможно существование организма, называются пределами выносливости. Например, предел выносливости пшеницы находится в рамках температур от 0 до 42оС, у колорадского жука — от 12 до 33оС.
Фактор, который в совокупном давлении среды сильнее всего действует на жизнь организма, называется ограничивающим. Так, в водной среде ограничивающим фактором является кислород. Наземные животные и растения больше всего реагируют на температурные колебания.
Знание ограничивающих факторов находит практическое применение в огородничестве, садоводстве и т. д.
Земля вращается вокруг своей оси, в результате чего происходит смена дня и ночи. Земля вращается вокруг Солнца – так происходит смена пор года. Из-за разных циклов Луны происходят приливы и отливы. То есть существуют некоторые периодические факторы, которые влияют на жизнь организмов.
Периодические колебания силы и характера биологических процессов называются биоритмами. Поддержание биоритмов происходит за счет особого внутреннего механизма, который называют биологическими часами.
Наиболее яркие ритмы организмов — суточные и сезонные.
Суточные ритмы характеризуются сменой активности и покоя организма в течение суток. Часть животных ведет активный дневной образ жизни, а некоторые ночной.
Растения сильно зависят от смены температуры в течение суток. Например, огурцы хорошо растут, если ночью температура на 5-7о С ниже, чем днем. Значительное похолодание в ночные часы неблагоприятно сказываются на развитии и плодоношении этих растений.
Человек также подвержен суточным ритмам. Например, в первой половине дня печень выделяет большое количество желчи, которая способствует расщеплению жиров. Во второй половине дня – накапливает гликоген и воду, что говорит о потребности организма в углеводах.
Урок длится 45 минут, потому что именно такое время ученик может концентрировать внимание. Самые сложные предметы ставят на середину учебного дня: именно в это время у человека наблюдается максимальный пик работоспособности.
Очень важен сон – периодическое выключение организма из активной деятельности, при котором организм получает полноценный отдых.
Наличие биоритмов говорит о том, что важно соблюдать определенный режим дня для поддержания организма в тонусе.
Сезонные ритмы связаны со сменой пор года. Они наиболее ярко выражены у организмов, которые обитают в условиях ярких изменений в течение года.
Приближение того или иного сезона организмы предчувствуют из-за изменения длины светового дня, который сопровождается годовым изменением температуры.
Фотопериодизм — реакция живых организмов на суточный ритм освещённости, продолжительность светового дня и соотношение между темным и светлым временем суток.
Фотопериодизм контролирует переход растений от вегетативного роста к зацветанию. Эта адаптации растений к условиям существования. Она позволяет им переходить к цветению и плодоношению в наиболее благоприятное время года.
Среди растений выделяют длиннодневные, которые зацветают при непрерывной суточной освещенности более 12 часов, как например рожь, морковь, лук, а также короткодневные, которые зацветают при непрерывной суточной освещенности менее 12 часов, как хризантемы, георгины, астры, капуста. В умеренных широтах короткие дни весной, а длинные — в середине лета. Поэтому короткодневные растения цветут весной и осенью, а длиннодневные — летом.
Реакция на длину светового дня у животных регулирует начало брачного периода, линьки, зимней спячки, миграции и т.д.
Организмы живут в постоянно меняющихся условиях среды, поэтому их существование возможно только благодаря сложным адаптивным программам. Способность к адаптациям – одно из главных свойств живого.
Адаптация – процесс приспособления строения и функций организмов и их органов к факторам среды. Адаптивным является любой признак, который повышает выживаемость особи и вида в целом.
Адаптации могут возникнуть на любом из уровней организации живого организма. Так, на клеточном уровне происходят изменения в обмене веществ, росте, развитии или размножении клетки. Но трансформации возможны на тканевом, органном, системном, организменном уровням.
На уровне организма различают следующие виды адаптаций.
Поведенческие, или этологические адаптации – это любые поведенческие реакции, которые направлены на выживание отдельных особей и видов в целом. Они проявляются в поиске питания, брачных ритуалах, заботе о потомстве и т.д.
Анатомо-морфологические адаптации проявляются в особенности строения и формы тела, связанны с образом жизни конкретного организма. Примерами таких адаптаций являются обтекаемая форма тела рыб, длинная шея жирафа, колючки кактусов и др.
Физиологические адаптации обеспечивают функциональные преимущества организма, которые направлены на приобретение специфических особенностей обмена веществ в разных условиях среды. Запас большого количества воды в вегетативных органах пустынных растений, усиленное потоотделение при повышении температуры тела у некоторых животных – примеры физиологических адаптаций.
Биохимические адаптации обеспечивают оптимальное течение биохимических реакций в клетке. Например, синтез нужных веществ в определенных условиях, смена работы ферментов, выработка определенных гормонов и т.д.
Стратегии адаптаций определяют скорость приспособления организма к изменяющимся условиям. Генетическая стратегия – это изменение генетической информации, которое ведет к появлению новых признаков. Такая адаптация требует длительного времени. Акклимационная стратегия возникает как ответ на действие одного или нескольких факторов среды. Она происходит на протяжении от нескольких часов до нескольких месяцев. Мгновенная стратегия – это первичная защитная реакция организма. Она длится несколько минут.
Генетика развития: влияние генов и окружающей среды
Развитие определяется действием генов, взаимодействующих с клеточным и средовым окружением. Вовлеченные продукты гена включают регуляторы транскрипции, факторы диффузии, взаимодействующие с клетками и направляющие их по специфическим путям развития к рецепторам для таких факторов, структурным белкам, внутриклеточным сигнальным молекулам и многому другому.
Неудивительно поэтому, что наиболее многочисленные нарушения развития, встречаемые у людей, вызваны геномными, хромосомными или генными мутациями. Тем не менее даже если геном явно служит первичным источником информации, регулирующей и определяющей развитие человека, роль генов в развитии часто ошибочно считают основной. Фактически геном не имеет сходства с планом архитектора, точно определяющим, какие материалы должны быть использованы и как они должны быть собраны; это не буквальное описание итоговой формы, используемое всеми эмбриональными и плодными структурами.
Скорее геном определяет набор взаимодействующих белков и некодирующей РНК, указывающий направление процессов роста, миграции, дифференцировки и апоптоза, в конце концов с высокой степенью вероятности приводящих к развитию нормальных зрелых структур. Таким образом, например, нет генетических инструкций, указывающих, что фаланга пальца примет форму часового стеклышка или что глаз будет сферическим. Эти формы возникают как подразумевающиеся последствия процессов развития, тем самым генерируя структурно правильные клетки, ткани и органы.
Хотя первичные регуляторы развития — гены, другие процессы также должны сыграть свою роль. Развитие, регулируемое, но не детерминированное геномом, подчеркивает существенную роль вероятности в нормальном развитии. Например, у мышей мутация в гене формина вызывает аплазию почек только у 20% носителей мутации, даже если мутация передается инбредным животным.
Считают, что инбредные мыши генетически идентичны по всем локусам в их геномах, поэтому 20% пенетрантность единичной мутации в гене формина не может объясняться другими модифицирующими генами у мышей, пораженных почечной агенезией, по сравнению с непораженными мышами. Наиболее правдоподобное объяснение этому феномену — то, что мутация формина смещает баланс некоторого эволюционного процесса, увеличивая вероятность превышения порога одного из факторов почечной аплазии.
Факторы окружающей среды и их влияние на развитие
Локальная среда, в которой находится клетка или ткань, играет центральную роль в обеспечении нормального контекста развития. Неудивительно, что лекарства или другие агенты, проникающие из окружающей среды, могут оказаться тератогенами, поскольку они часто создают помехи, связываясь с молекулами, участвующими в действии генов. Идентификация механизма тератогенеза имеет очевидный смысл не только для клинической медицины и здравоохранения, но также для фундаментальной науки; понимание того, как тератогены вызывают врожденные дефекты, может дать понимание нарушений основных путей развития, приводящих к пороку.
Поскольку молекулярные и клеточные пути, используемые в ходе развития, часто уникальны и не используются после созревания, тератогены, вызывающие тяжелые врожденные пороки, могут не иметь побочных эффектов у взрослых людей, поскольку упомянутые пути больше не функционируют или имеют другие цели во взрослом состоянии. Характерный пример — ретиноидный синдром плода, наблюдаемый у женщин, получавших в течение беременности лекарство изотретиноин. Изотретиноин — пероральный ретиноид, предназначенный для системного лечения фурункулеза.
Он вызывает тяжелые врожденные пороки, если применяется во время беременности, поскольку имитирует действие эндогенной ретиноевой кислоты, вещества, рассредоточенного в тканях плода и взаимодействующего с клетками, заставляя их следовать по конкретному пути развития.
Другие тератогены часто вызывают очень специфические наборы врожденных пороков, риск которых критически зависит от гестационного возраста на момент воздействия, чувствительности разных тканей к тератогену и продолжительности воздействия тератогена в ходе беременности. Один из классических примеров — талидомидный синдром. Талидомид — успокоительный препарат, широко используемый в пятидесятые годы XX в., впоследствии распознан как тератоген.
Некоторые тератогены, например рентгеновское излучение, также являются мутагенами. Фундаментальное различие между тератогенами и мутагенами — то, что мутагены вызывают нарушения, создавая наследуемые изменения в генетическом материале, тогда как тератогены действуют непосредственно и однократно на развитие тканей эмбриона. Таким образом, влияние на плод мутагена может вызывать повышенный риск врожденных дефектов или других болезней (например, опухолей) в течение всей жизни человека и даже у его потомства, а влияние тератогенов увеличивает риск врожденных дефектов в данной, но не в последующих беременностях.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Читайте также: