Размножение

Самостоятельное значение имеет вопрос о регуляции активности генов в период эмбрионального развития. Считают, что в ходе дифференцировки  гены действуют в разное время, что  выражается в транскрипции в разных дифференцированных клетках разных мРНК, т. е. имеет место репрессия и дерепрессия генов. Например, количество генов, транскрибируемых в РНК в бластоцитах морского ежа, равно 10% , в клетках печени крыс — тоже 10% , а в клетках тимуса крупного рогатого скота — 15%. Предполагают, что в контроле транскрипционного статуса генов принимают участие негистоновые белки. В пользу этого предположения свидетельствуют следующие данные. Когда хроматин клеток в фазе транскрибируется в системе in vitro, то синтезируется только гистоновая мРНК, а вслед за нею и гистоны. Напротив, когда используют хроматин клеток из G₁-фазы, то никакой гистоновой мРНК не синтезируется. Когда же негистоновые белки удаляются из хроматина G₁-фазы и замещаются негис-тоновыми хромосомными белками, синтезированными в фазе S, то после транскрипции такого хроматина in vitro синтезируется гистоновая мРНК. Больше того, когда негистоновые белки происходят из G₁-фазы клеток, а ДНК и гистоны из S-фазы клеток, никакой гистоновой мРНК не синтезируется. Эти результаты показывают, что содержащиеся в хроматине негистоновые белки определяют возможность транскрипции генов, кодирующих гистоны. Поэтому считают, что негистоновые хромосомные белки могут играть важную роль в регуляции и экспрессии генов у эукариот.

Имеющиеся данные позволяют  считать, что в регуляции транскрипции у животных принимают участие  белковые и стероидные гормоны. Белковый (инсулин) и стероидные (эстрогон и тестостерон) гормоны представляют собой две сигнальные системы, используемые в межклеточных коммуникациях. У высших животных гормоны синтезируются в специализированных секреторных клетках. Освобождаясь в кровяное русло, они поступают в ткани, поскольку молекулы белковых гормонов имеют относительно крупные размеры, то они не проникают в клетки. Поэтому их эффекты обеспечиваются белками-рецепторами, локализованными в мембранах клеток-мишеней, и внутриклеточными уровнями циклического АМФ (цАМФ). Напротив, стероидные гормоны являются малыми молекулами, вследствие чего легко проникают в клетки через мембраны. Оказавшись внутри клеток, они связываются со специфическими рецепторными белками, которые имеются в цитоплазме только клеток-мишеней. Как считают, комплексы гормон + белковый рецептор, концентрируясь в ядрах клеток-мишеней, активирует транскрипцию специфических генов через взаимодействие с определенными негистоновыми белками, которые связываются с промоторными районами специфических генов. Следовательно, связывание комплекса гормон + белок (белковый рецептор) с негистоновыми белками освобождает промоторные районы для движения РНК-полимеразы. Обобщая данные о генетическом контроле эмбрионального периода в онтогенезе организмов, можно заключить, что его ход контролируется дифференциальным включением и выключением действия генов в разных клетках (тканях) путем их дерепрессии и репрессии.

Постэмбриональный период

После появления  организма на свет начинается его  постэмбриональное развитие (постнатальное  для человека), которое у разных организмов протекает от нескольких дней до сотен лет в зависимости  от их видовой принадлежности. Следовательно, продолжительность жизни — это  видовой признак организмов, не зависящий  от уровня их организации

В постэмбриональном  онтогенезе различают ювениальный и пубертатный периоды, а также период старости, заканчивающийся смертью.

Ювенильный период. Этот период (от лат. juvenilis — юный) определяется временем от рождения организма до полового созревания. У разных организмов он протекает по-разному и зависит от типа онтогенеза организмов. Для этого периода характерно либо прямое, либо непрямое развитие.

В случае организмов, для которых характерно прямое развитие (многие беспозвоночные, рыбы, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие, человек), вылупившиеся из яйцевых оболочек или новорожденные  сходны со взрослыми формами, отличаясь от последних лишь меньшими размерами, а также недоразвитием отдельных органов и несовершенными пропорциями тела

Характерной особенностью роста в ювенильный период организмов, подверженных прямому развитию, является то, что происходит увеличение количества и размеров клеток, изменяются пропорции тела. Рост разных органов человека неравномерен. Например, рост головы заканчивается в детстве, ноги достигают пропорциональной величины примерно к 10 годам. Наружные половые органы очень быстро растут в возрасте 12—14 лет. Различают определенный и неопределенный рост. Определенный рост характерен для организмов, которые к определенному возрасту прекращают свой рост, например, насекомые, млекопитающие, человек. Неопределенный рост характерен для организмов, которые растут всю жизнь, например, моллюски, рыбы, земноводные, рептилии, многие виды растений.

В случае непрямого  развития организмы претерпевают превращения, называемые метаморфозами (от лат. metamorphosis — превращение). Они представляют собой видоизменения организмов в процессе развития. Метаморфозы широко встречаются у кишечнополостных (гидры, медузы, коралловые полипы), плоских червей (фасциолы), круглых червей (аскариды), моллюсков (устрицы, мидии, осьминоги), членистоногих (раки, речные крабы, омары, креветки, скорпионы, пауки, клещи, насекомые) и даже у некоторых хордовых (оболочечники и земноводные). При этом различают полные и неполные метаморфозы. Наиболее выразительные формы метаморфозов наблюдают у насекомых, которые подвергаются как неполным, так и полным метаморфозам.

Неполное превращение  — это такое развитие, при котором  из яйцевых оболочек выходит организм, строение которого сходно со строением  взрослого организма, но размеры  намного меньше. Такой организм называют личинкой. В процессе роста и развития размеры личинок увеличиваются, но имеющийся хитипизированный покров мешает дальнейшему увеличению размеров тела, что приводит к линьке, т. е. сбрасыванию хитинизированного покрова, под которым находится мягкая кутикула. Последняя расправляется, и это сопровождается увеличением размеров животного. После нескольких линек животное достигает зрелости. Неполное превращение характерно, например, в случае развития клопов

Полное превращение  — это такое развитие, при котором  из яйцевых оболочек освобождается  личинка, существенно отличающаяся по строению от взрослых особей. Например, у бабочек и многих насекомых  личинками являются гусеницы. Гусеницы подвержены линьке, причем могут линять по нескольку раз, превращаясь затем  в куколки. Из последних развиваются  взрослые формы (имаго), которые не отличаются от исходных

У позвоночных метаморфозы  встречаются среди земноводных  и костных рыб. Для личиночной стадии характерно наличие провизорных  органов, которые либо повторяют  признаки предков, либо имеют явно приспособительное  значение. Например, для головастика, являющегося личиночной формой лягушки  и повторяющего признаки исходной формы, характерны рыбообразная форма, наличие  жаберного дыхания, одного круга  кровообращения. Приспособительными признаками головастиков являются их присоски, длинный  кишечник. Для личиночных форм характерно также и то, что по сравнению  со взрослыми формами, они оказываются приспособленными к жизни в совершенно иных условиях, занимая другую экологическую нишу и другое место в цепи питания. Например, личинки лягушек имеют жаберное дыхание, тогда как взрослые формы — легочное. В отличие от взрослых форм, которые являются плотоядными существами, личинки лягушек питаются растительной пищей.

Последовательность  событий в развитии организмов часто  называют жизненными циклами, которые  могут быть простыми и сложными. Наиболее простые циклы развития характерны, например, для млекопитающих, когда из оплодотворенной яйцеклетки развивается организм, который снова  продуцирует яйцеклетки и т. д. Сложными биологическими циклами являются циклы  у животных, для которых характерно развитие с метаморфозами. Знания о  биологических циклах имеют практическое значение, особенно в случаях, когда  организмы являются возбудителями  или переносчиками возбудителей болезней животных и растений.

Развитие и дифференциация, связанные с метаморфозами, являются результатом естественного отбора, благодаря которому многие личиночные формы, например, гусеницы насекомых  и головастики лягушек адаптированы к среде лучше, чем взрослые половозрелые формы.

Пубертатный период. Этот период называют еще зрелым, и  он связан с половой зрелостью  организмов. Развитие организмов в  этот период достигает максимума.

На рост и развитие в постэмбриональный период большое  влияние оказывают факторы среды. Для растений решающими факторами  являются свет, влажность, температура, количество и качество питательных  веществ в почве. Для животных первостепенное значение имеет полноценное  кормление (наличие в корме белков, углеводов, липидов, минеральных солей, витаминов, микроэлементов). Важны также кислород, температура, свет (синтез витамина Д).

Рост и индивидуальное развитие животных организмов подвержены нейрогуморальной регуляции со стороны  гуморальных и нервных механизмов регуляции. У растений обнаружены гормоноподобные активные вещества, получившие название фитогормонов. Последние влияют на жизненно важные отправления растительных организмов.

В клетках животных в процессе жизнедеятельности синтезируются  химически активные вещества, влияющие на процессы жизнедеятельности. Нервные  клетки беспозвоночных и позвоночных  вырабатывают вещества, получившие название нейросекретов. Железы эндокринной, или  внутренней, секреции также выделяют вещества, которые получили название гормонов. Эндокринные железы, в  частности, те, которые имеют отношение  к росту и развитию, регулируются нейросекретами. У членистоногих  регуляция роста и развития очень  хорошо показана на примере влияния  гормонов на линьку. Синтез личиночного  секрета клетками регулируется гормонами, накапливающимися в мозге. В особой железе у ракообразных вырабатывается гормон, тормозящий линьку. Уровни этих гормонов определяют периодичность линек. У насекомых установлена гормональная регуляция созревания яиц, протекание диапаузы.

У позвоночных железами внутренней секреции являются гипофиз, эпифиз, щитовидная, паращитовидная, поджелудочная, надпочечники и половые железы, которые  тесно связаны одна с другой Гипофиз  у позвоночных вырабатывает гонадотропный  гормон, стимулирующий деятельность половых желез. У человека гормон гипофиза влияет на рост. При недостатке развивается карликовость, при избытке  — гигантизм. Эпифиз продуцирует  гормон, который влияет на сезонные колебания в половой активности животных. Гормон щитовидной железы влияет на метаморфоз насекомых и земноводных. У млекопитающих недоразвитие щитовидной железы ведет к задержке роста, недоразвитию половых органов. У человека из-за дефекта щитовидной железы задерживается  окостенение, рост (карликовость), не наступает  полового созревания, останавливается  психическое развитие (кретинизм). Надпочечники продуцируют гормоны, оказывающие влияние на метаболизм, рост и дифференцировку клеток. Половые железы продуцируют половые гормоны, которые определяют вторичные половые признаки. Удаление половых желез ведет к необратимым изменениям ряда признаков. Например, у кастрированных петухов прекращается рост гребня, теряется половой инстинкт. Кастрированный мужчина приобретает внешнее сходство с женщиной (не растет борода и волосы на коже, отлагается жир на груди и в области таза, сохраняется тембр голоса и т. д.).

Фитогормонами растений являются ауксины, цитокинины и гиббереллины. Они регулируют рост и деление клеток, образование новых корней, развитие цветков и другие свойства у растений.

На всех периодах онтогенеза организмы способны к  восстановлению утраченных или поврежденных частей тела. Это свойство организмов носит название регенерации, которая  бывает физиологической и репаративной.

Физиологическая регенерация  — это замена утерянных частей тела в процессе жизнедеятельности  организма. Регенерации этого типа очень распространены в животном мире. Например, у членистоногих  она представлена линькой, которая  связана с ростом. У рептилий регенерация  выражается в замещении хвоста и  чешуи, у птиц — перьев, когтей и  шпор. У млекопитающих примером физиологической  регенерации может быть ежегодное  сбрасывание оленями рогов.

Репаративная регенерация — это восстановление части тела организма, отторгнутой насильственным путем. Регенерация этого типа возможна у многих животных, но ее проявления различны. Например, она часта у гидр и связана с размножением последних, поскольку из части регенерирует весь организм. У других организмов регенерации проявляются в виде способности отдельных органов к восстановлению после утраты ими какой-либо части. У человека достаточно высокой регенеративной способностью обладают эпителиальная, соединительная, мышечная и костная ткани.

Растения многих видов также способны к регенерации. Данные о регенерации имеют большое  значение не только в биологии. Их широко используют в сельском хозяйстве, в  медицине, в частности, в хирургии.

Старость как  этап онтогенеза. Старость является предпоследним  этапом онтогенеза животных, причем ее длительность определяется общей продолжительностью жизни, которая является видовым  признаком и которая у разных животных является разной. Наиболее точно  старость изучена у человека.

Известны самые  различные определения старости человека. В частности, одно из наиболее популярных определений заключается  в том, что старость есть накопление последовательных изменений, сопровождающих повышение возраста организма и  увеличивающих вероятность его  болезней или смерти. Науку о старости человека называют геронтологией (от греч. geron — старик, старец, logos — наука). Ее задачей является изучение закономерностей возрастного перехода между зрелостью и смертью.

Научные исследования в геронтологии распространяются на разные области, начиная с исследований изменения активности клеточных  ферментов и заканчивая выяснением влияния психологических и социологических  смягчений в стрессах среды на поведение старых людей.

В случае человека различают физиологическую старость, старость, связанную с календарным  возрастом, и преждевременное старение, обусловленное социальными факторами  и болезнями. В соответствии с  рекомендациями ВОЗ пожилым возрастом  человека следует считать возраст  порядка 60-75 лет, а старым в 75 лет  и более.