URSS.ru Магазин научной книги
Обложка Газарян К.Г., Белоусов Л.В. Биология индивидуального развития животных Обложка Газарян К.Г., Белоусов Л.В. Биология индивидуального развития животных
Id: 299231
999 р.

Биология индивидуального развития животных Изд. 2, доп.

URSS. 2024. 320 с. ISBN 978-5-9710-8925-4.
Белая офсетная бумага
Молекулярно-генетические основы биологии индивидуального развития • Предзародышевое развитие (гаметогенез) • Оплодотворение и партеногенез • Дробление и формирование бластул • Гаструляция, нейруляция, образование провизорных органов • Детерминация, эмбриональная регуляция и индукционные процессы в раннем развитии • Органогенезы и цитодифференцировка • Механизмы клеточной дифференцировки • Межклеточные взаимодействия • Проблемы целостности развития • Рост • Регенерация.

Аннотация

Учебник содержит информацию об основах знаний о закономерностях индивидуального развития животных, сравнительные описания этапов гаметогенеза, раннего эмбрионального развития, гаструляции и цитодифференцировок беспозвоночных и позвоночных животных вместе со сформированными в ходе десятилетий представлениями о механизмах индукционных, морфогенетических процессов, а также относящиеся к теме прикладные проблемы в области медицины... (Подробнее)


Оглавление
top
Предисловие ко второму изданию1
Предисловие к первому изданию3
Глава 1. Истоки и основные этапы становления биологии индивидуального развития5
Глава 2. Молекулярно-генетические основы биологии индивидуального развития24
Белки24
Нуклеиновые кислоты26
Структурная организация и функционирование генетического аппарата29
Принципы организации и функционирования генов35
Экспрессия генов у эукариот40
Глава 3. Предзародышевое развитие (гаметогенез)43
Общая характеристика43
Первичные половые клетки (гоноциты)44
Возникновение и развитие гоноцитов в эмбриогенезе46
Миграция первичных половых клеток50
Сперматогенез51
Мейоз53
Спермиогенез55
Оогенез57
Источники органелл и макромолекул, накапливаемых в ооците61
Созревание ооцита70
Овуляция75
Структурная организация и физиологические особенности яйцеклетки76
Глава 4. Оплодотворение и партеногенез81
Дистантные взаимодействия между яйцеклеткой и сперматозоидом82
Контактные взаимодействия сперматозоида с поверхностью ооцита83
Сингамия. Поведение мужского и женского ядер в яйце87
Проблема полиспермии87
Перемещения компонентов яйца после оплодотворения88
Ооплазматическая сегрегация88
Партеногенез, гиногенез, андрогенез91
Генетическое (хромосомное) определение пола94
Глава 5. Дробление и формирование бластул96
Общая характеристика дробления96
Пространственная организация и морфология дробления97
Закономерности дробления олиголецитальных яйцеклеток101
Ооплазматическая сегрегация в ходе дробления105
Активация репликации и особенности клеточных делений при дроблении106
Особенности клеточных делений в период дробления108
Синхронное и асинхронное дробление108
Бластул яция112
Активация и функционирование генов в период дробления113
Глава 6. Гаструляция, нейруляция, образование провизорных органов115
Способы гаструляции у зародышей с голобластическим типом дробления115
Способы закладки мезодермы у разных групп животных118
Гаструляция у амфибий120
Нейруляция у зародышей амфибий122
Карты презумптивных зачатков амфибий124
Раннее развитие костистых рыб126
Общие черты развития амниот129
Раннее развитие птиц129
Раннее развитие высших млекопитающих135
Имплантация139
Молекулярные и генетические аспекты раннего развития142
Глава 7. Детерминация, эмбриональная регуляция и индукционные процессы в раннем развитии152
Основные понятия152
Эксперименты по выявлению эмбриональных регуляций153
Регуляционные и мозаичные яйца153
Явления регуляций в нормальном развитии160
Первичная эмбриональная индукция у амфибий161
Первичная индукция в других классах хордовых. Понятие компетенции эмбриональной ткани163
Возникновение индукционных свойств в ходе развития165
Региональность индуктора и индуцируемой нервной системы166
Механизмы индукции167
Глава 8. Органогенезы и цитодифференцировка168
Развитие производных энтодермы и связанных с ними закладок169
Развитие производных мезодермы174
Развитие производных эктодермы189
Вторичные индукции при органогенезах200
Клеточные процессы, лежащие в основе формирования органов201
Мутации и хромосомные аномалии, затрагивающие органогенезы202
Глава 9. Механизмы клеточной дифференцировки204
Молекулярно-генетический уровень деятельности механизмов клеточной дифференцировки205
Случаи изменений структуры генома в ходе индивидуального развития209
Функциональные подходы к оценке генетических потенций дифференцирующихся клеток211
Дифференциальная активность генов — основа клеточной дифференцировки214
Генотип и формирование фенотипа дифференцирующейся клетки216
Клеточный уровень проявления механизмов дифференцировки218
Стабильность дифференцированного состояния клетки223
Глава 10. Межклеточные взаимодействия227
Контактные межклеточные взаимодействия227
Дистантные межклеточные взаимодействия234
Гормоны236
Глава 11. Проблемы целостности развития247
Теории физиологических градиентов и позиционной информации249
Концепции морфогенетических полей и тополого-геометрические модели морфогенеза252
Модели диссипативных структур и самоорганизации, морфогенеза253
Глава 12. Рост256
Типы ростовых процессов256
Рост как скалярный процесс. Уравнения мультипликативного, роста258
Пространственная организация роста и видовая форма260
Глава 13. Регенерация262
Физиологическая регенерация262
Репаративная регенерация264
Клеточные источники регенерации265
Регенерация у млекопитающих268
Заключение269
Фундаментальные задачи биологии индивидуального развития269
Прикладные задачи биологии индивидуального развития271
Рекомендуемая литература277
Именной указатель279
Предметный указатель281
ДОПОЛНЕНИЕ 1 ко второму изданию285
1. Новые данные о структурной организации генома эукариот, полученных в рамках международного Проекта «Геном человека» 1990-2022 гг285
1.1. Об экзон-интронной организации генов эукариот286
1.2. Характеристики интронов287
ДОПОЛНЕНИЕ 2 ко второму изданию289
1. Тоти(плюри)потентность генома в филогенезе и онтогенезе289
1.1. Понятие тоти(плюри)потентности289
1.2. Гены, определяющие тотипотентность в раннем эмбриогенезе — филогенезе289
1.3. Цикл тоти(плюри)потентности в раннем эмбриогнезе291
1.4. Генная регуляция перехода плюрипотентности клеток эпибласта к дифференцировке293
1.5. Развитие из плюрипотентных стволовых клеток мультипотентных стволовых клеток, обеспечивающих дифференцировку соматических клеток тканей и органов и их пожизненную физиологическую регенерацию294
2. Проверка сохранения тотипотентности в дифференцирующихся клетках животных. Метод изолирования бластомер. Эксперименты на амфибиях295
2.1. Метод трансплантации ядра соматической клетки в цитоплазму энуклеированной яйцеклетки. Эксперименты на амфибиях и рыбах296
2.2. Эксперименты на млекопитающих296
3. Получение линий плюрипотентных стволовых клеток из эмбрионов мыши и человека298
3.1. Плюрипотентные клетки эмбриокарцином298
3.2. Получение из эмбрионов мыши линий плюрипотентных стволовых клеток298
3.3. Получение из эмбрионов человека линий плюрипотентных стволовых клеток299
4. Индукция репрограммирования in vitro генома соматических клеток мыши и человека перенесенными в них генами плюрипотентности и получение линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток300
Дополнение 3 ко второму изданию302
1. Прогресс начатых ранее и новых прикладных эмбрио-технологических разработок302
1.1. Микроинъекции ДНК в пронуклеусы зигот и получение трансгенных животных302
1.2. Коммерческое клонирование животных303
1.3. Перспективы приложений hiPSC человека в регенеративную медицину и в фармацевтику304
1.4. Открытие кроветворных и мезенхимных мультипотентных стволовых клеток и их применение в медицине305
1.5. Технология редактирования генома соматических и плюрипотентных клеток человека и животных305
Дополнительная литература ко второму изданию307

Предисловие ко второму изданию
top

Биология индивидуального развития исторически сформировалась из начавшихся в конце XIX столетия и интенсивно продолжавшихся в начале XX столетия классических описательно-экспериментальных исследований процессов эмбриогенеза организмов всех уровней эволюции эукариот, от гидры до человека. В результате выявления неразрывной связи эмбрионального развития с филогенезом возникла более глубокая по смыслу область биологической науки — филэмбриогенез. Параллельно с ней начала развиваться линия исследований о первичных факторах филэмбриогенеза, геноме и генах. Во второй половине прошлого столетия филэмбриогенез оброс множеством новейших аналитических дисциплин с редукционистскими подходами, которые расчленили целостный объект изучения на составные части вплоть до молекул, создав обширную, практически не имеющую границ научно-технологическую надстройку над целостной филэмбриогенетической наукой, биологию индивидуального развития мира животных и их вершины — человека. Классическая область науки о филэмбриогенезе почти стала незаметной внутри облепившей ее массы новых дисциплин, продолжая обещать, что они все же решат когда-нибудь поставленные некогда классиками вопросы о таинственных движущих силах морфогенеза. Последняя имела свои первые обозначения действий в эмбриогенезе морфогенетических факторов (первичный организатор, первичный индуктор, вторичный индуктор), которые, впрочем, говорили ни о чем, просто закрывали пустоты (по-английски: gaps), а современные дисциплины удовлетворялись получением ценных, но редукционистских результатов, почти всегда отдаляясь от основного постулата науки об эмбриогенезе, что движущие его силы заложены в секретах его целостности как системы.

Современная биология индивидуального развития занята важными для научно-технологического прогресса исследованиями в сфере организации генома, экспрессии генов, использованием изолированных и индуцированных линий плюрипотентных клеток, созданием трансгенных и клонированных животных, краткое описание которых вносится в новое издание для сведения пользователей учебника. Но там отсутствует какая-либо информация о прогрессе в понимании движущих сил морфогенеза, проблеме, которая описательно изложена в первом издании при участии моего соавтора, Л. В. Белоусова, признанного специалиста в этой, пока еще ожидающей своего глубинного решения области науки, но, сейчас, увы, не участвующего в подготовке нового издания.

Я должен отметить здесь то твердое отстаивание Львом Белоусовым роли целостности в эмбриогенезе в публикациях и в дискуссиях с Александром Нейфахом, известным в нашей стране и за рубежом специалистом а области генетики развития, придававшим генам доминирующую роль в определении путей эмбрионального развития. Автору этих строк, получившему первую специальность в области классической описательной эмбриологии у известного эмбриолога немецкой школы Г. А. Шмидта, а затем посвятившего себя исследованиям молекулярно-генетических проблем цитодифференцировок, было интересно вникать в эти дискуссии, что привело к подготовке совместно с Львом Белоусовым первого издания учебника.

Завершая предисловие к новому изданию учебника, считаю важным привлечь внимание специализирующихся в области современных проблем биологии индивидуального развития, углубиться в ее стержневую проблему, почти столетие ожидающую своего решения: тайну целостности в эмбриогенезе, как регулятора непрерывных морфогенетических изменений, особенно в период гаструляции, как кардинального достижения прогрессивной эволюции метазоа.

Профессор К. Г. Газарян


Предисловие к первому изданию
top

Биология индивидуального развития — область науки, изучающая закономерности онтогенетического развития организмов. Она сформировалась в последние десятилетия на основе достижений экспериментальной эмбриологии, молекулярной биологии, генетики, цитологии.

Задача биологии индивидуального развития — исследование макро- и микроморфологических, физиолого-биохимических, молекулярных и генетических процессов, протекающих в развивающейся особи, выяснение факторов и механизмов, управляющих процессами развития на всех этапах онтогенеза животных, растительных организмов, а также одноклеточных форм. Столь широкий охват обусловлен распространенностью элементарных и общих закономерностей процессов развития в живой природе.

Начало разработки проблем, которыми сегодня занимается биология индивидуального развития, восходит к 70—80-м годам прошлого столетия, когда на основе успехов сравнительной и эволюционной эмбриологии зародились методология и основные тенденции аналитической и экспериментальной эмбриологии, сформировались первые концепции о цитоэмбриологических механизмах наследственности. В начале века был создан фундамент всех тех областей эмбриологии, цитологии, генетики, биохимии, которые в последующем легли в основу биологии индивидуального развития. Бурный прогресс молекулярной биологии создал условия для дальнейшего их объединения, открыв доступ к пониманию наиболее тонких молекулярных механизмов эмбрио-цито-генетических аспектов процесса развития. В настоящее время знания в этой области продолжают углубляться и расширяться. Это создает трудности в однозначном и четком определении целей, методов и объектов биологии индивидуального развития. Их преодоление связано с дальнейшей разработкой проблем, относящихся к этой области, с учетом особенностей индивидуального развития организмов, отличающихся уровнем организации.

Настоящее издание — первый в нашей стране учебник по биологии индивидуального развития животных, в основу которого положен курс, читаемый для студентов биологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. За основу изложения авторы взяли структуру, типичную для учебников и руководств по общей эмбриологии животных, описывая последовательные стадии индивидуального развития главным образом позвоночных животных с позиций современной описательной и экспериментальной эмбриологии. В то же время от существующих учебников по эмбриологии настоящее издание отличается более широким охватом проблем экспериментальной эмбриологии, решаемых на основе достижений молекулярной биологии, цитологии и генетики.

Поскольку студенты еще недостаточно знакомы с молекулярной биологией, в начале книги дается раздел, посвященный этим вопросам.

Задача учебника — помочь студентам приобрести фундаментальные знания о закономерностях индивидуального развития животных в тесной связи с их историческим развитием, определить место этой области науки среди других биологических дисциплин, раскрыть ее методологию и роль в познавательном, идейном и прикладном отношениях. Для рассматриваемой области биологии характерен синтетический подход к изучению процессов развития, так как ее цель — познание закономерностей этих процессов применительно к целостной живой системе, создание единой концепции онтогенеза и разработка способов управления им. Управление онтогенезом — необходимое условие для решения многих актуальных задач медицины и сельского хозяйства, прежде всего животноводства. Биология индивидуального развития животных призвана внести весомый вклад в реализацию задач Продовольственной программы по резкой интенсификации работ, направленных на выведение новых, ценных для животноводства пород сельскохозяйственных животных и их ускоренное воспроизводство. В последние годы в этой области биологии созданы фундаментальные и технические предпосылки для решения таких сложных и актуальных народнохозяйственных задач. На основе достижений экспериментальной эмбриологии, а также клеточной и генной инженерии разрабатываются методы манипулирования с яйцеклетками, эмбрионами сельскохозяйственных животных и их наследственным аппаратом с целью направленного вмешательства в процессы их воспроизводства и в их наследственность. Состояние и перспективы решения этих прикладных задач специально рассматриваются в заключительном разделе учебника. Успешная реализация этих перспективных возможностей требует подготовки специалистов, способных проводить исследования на стыке эмбриологии, генетики, цитологии, молекулярной биологии.

Авторы сознают, что первый учебник по биологии индивидуального развития не лишен недостатков, и будут признательны всем, кто пришлет свои замечания. Одновременно они выражают сердечную признательность тем, кто уже оказал неоценимую помощь при подготовке данного издания: сотрудникам Института биологии развития им. Н. К. Кольцова О. Г. Строевой, Л. В. Даниловой, В. И. Канторовой, Т. Б. Айзенштадт, сотрудникам кафедры эмбриологии Московского университета Д. А. Потемкиной, Н. В. Дабагян, Н. Ю. Сахаровой, М. В. Чунаевой, Л. В. Шилейко, В. Н. Мещерякову, а также заведующему кафедрой генетики и цитологии Харьковского университета В. Г. Шахбазову.

Авторы, 1983 г.


Об авторах
top
photoГазарян Карлен Григорьевич
Доктор биологических наук, профессор. В 1955 г. окончил биологический факультет Ереванского государственного университета имени В. М. Молотова; в 1955–1958 гг. аспирант Института морфологии животных АН СССР. В 1959 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему «Гистоэмбриологическое исследование дифференциации пола у овец». В 1974 г. стал доктором биологических наук, защитив диссертацию на тему «Транскрипция и посттранскрипционные изменения РНК в клетках животных». Работал в МФТИ и Институте атомной энергии (в последнем заведовал лабораторией клеточной дифференцировки радиобиологического отдела). В 1975–1983 гг. заведовал кафедрой эмбриологии биологического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Позже работал в Институте биомедицинских исследований Мексиканского национального университета. Лауреат Государственной премии СССР (1979). Госпремии был удостоен совместно с З. А. Шабаровой за цикл работ по осуществлению научной программы проекта «Обратная транскриптаза (ревертаза)»; эта программа была посвящена ферментативному синтезу структурных генов и их использованию для изучения генетического аппарата животных и вирусов. Область научных интересов: эмбриогенетика. Под руководством К. Г. Газаряна были проведены первые в СССР и в мире успешные работы по пересадке ядер в яйцеклетки рыбы вьюна.
photoБелоусов Лев Владимирович
Доктор биологических наук, профессор кафедры эмбриологии биологического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Внук и ученик выдающегося эмбриолога А. Г. Гурвича. Окончил биолого-почвенный факультет МГУ и аспирантуру при кафедре эмбриологии. В 1961 г. защитил диссертацию по теме «Клеточные процессы при морфогенезе гидроидных полипов». С 1978 г. профессор кафедры эмбриологии, c 2000 г. заслуженный профессор МГУ. Член редколлегии журнала «Онтогенез», член Международного института биофизики (ФРГ). Удостоен премии имени К. Бонди (Университет Перуджи, Италия, 1989) за работы по механике развития и премии имени А. О. Ковалевского (2009) за цикл работ «Молекулярные и клеточные механизмы морфогенетических процессов у животных». Основное направление научной деятельности: исследования морфогенеза беспозвоночных и позвоночных животных. Сформулировал «динамический закон морфогенеза», который вкратце заключался в том, что «любая часть зародыша (ткань, или отдельные клетки) отвечает на изменение механического напряжения, вызванного какой-либо внешней силой, активной реакцией, направленной на восстановление исходной величины напряжения, но действующей с „перехлёстом“: так, в ответ на растяжение ткань или клетка отвечает генерацией внутреннего давления, и т. п.». Автор и соавтор более 10 книг, в том числе учебников по морфогенезу и эмбриологии.