Филогенез сердечнососудистой и дыхательной систем, выделительной и мочеполовой систем.

Цель: Изучить эволюционные преобразования сердечнососудистой и дыхательной, выделительной и половой систем и показать их становление у человека.

Знать:основные ароморфозы в эволюции млекопитающих и человека, значение ароморфоза для жизнедеятельности организма,значение особенностей филогенеза мочеполовой системы, отличия протонефридиальной от метанефридиальной системы.

Уметь:определять взаимосвязь систем, взаимообусловленность строения и функции системы, иллюстрировать биогенетический закон; доказыватьединство происхождения всех животных организмов, выявлять взаимосвязь онтогенеза и филогенеза мочеполовой системы, кровеносной и дыхательной систем.

Материалы и оборудование: набор цветных карандашей.

Вопросы для самоподготовки:

1. Кровеносная и дыхательная системы: кольчатых червей; членистоногих; ланцетника; рыб; земноводных; рептилий; птиц и млекопитающих

2. Ароморфозы в развитии сердца у позвоночных.

3. Особенности выделительной и половой систем у плоских и круглых червей.

4. Особенности выделительной и половой систем у кольчатых червей.

5. Эволюция выделительной системы у хордовых: соляноциты, предпочка, первичная почка.

6. Каковы принципы строения протонефридиальной и метанефридиальной выделительных систем?

7. Какие ароморфозы можно выделить в эволюции выделительной и половой систем?

РАБОТА В АУДИТОРИИ

Работа № 1.Кровеносная и дыхательная система у кольчатых червей.

Рассмотреть под малым увеличением микроскопа:

а) постоянный препарат – разрез дождевого червя. Найти спинной и брюшной кровеносные сосуды. Сделать записи, отметив функцию спинного сосуда – пульсирующий орган (сердце).

б) постоянный препарат параподии кольчатого червя – нереиды. Сделать записи, отметив функцию – своеобразная жабра.

Работа № 2.Кровеносная и дыхательная система ланцетника.

а) рассмотреть тотальный препарат ланцетника и описать схему кровообращения, отметив направление движения крови по сосудам.

б) рассмотреть препарат ланцетника и описать дыхательную систему.

Работа № 3.Кровеносная и дыхательная система круглоротых.

а) рассмотреть влажный препарата миноги, отметив 7 жаберных щелей по бокам головы, отметить в записях их олигомеризацию.

б) рассмотреть влажный препарат миноги: поперечный срез в области сердца, отметить в записях этот важный ароморфоз.

Работа № 4.Кровеносная и дыхательная системы у наземных позвоночных на примере лягушки.

Рассмотреть влажный препарат вскрытой лягушки. Описать особенности дыхания и кровообращения в связи с выходом на сушу.

Работа № 5.Эволюция сердца у позвоночных.

Рассмотреть влажный препарат: строение сердца представителей класса позвоночных и, используя рисунки учебника (доп. материалов), зарисовать сердце с отходящими от него сосудами, отметить его эволюцию от двухкамерного венозного до 4-х камерного, появление теплокровности и сокращение дуг аорты.

Работа № 6.Протонефридиальная выделительная система плоских червей на примере печеночного сосальщика.

Рассмотреть с помощью лупы постоянный препарат и описать особенности протонефридиальной выделительной системы: замкнутая система разветвленных канальцев, начинающихся терминальными клетками с мерцательным эпителием, заканчивающихся выводными протоками, удаляющая продукты со всех участков тела.

Работа № 7.Метанефридиальная выделительная система кольчатых червей на примере дождевого червя.

Изучить влажный препарат вскрытого дождевого червя, а также рассмотреть под малым увеличением микроскопа его поперечный срез, найти метанефридии, описать особенности метанефридиальной выделительной системы: парная система канальцев с нефростомом (воронкой с ресничками) со стороны целома с выделительным отверстием.

Работа № 8.Развитие выделительной и половой систем у позвоночных.

а) рассмотреть вскрытый препарат лягушки, обратить внимание на туловищные почки – мезонефрос.

б) изучить влажный препарат мочеполовой системы млекопитающих (крысы), обратить внимание на тазовые почки.

в) изучить и зарисовать схему развития выделительной и половой систем у позвоночных от пронефроса к мезо- и метанефросу. Отметить, что выделительная система эволюционно, морфологически и функционально тесно связана с половой системой. В процессе эмбриогенеза млекопитающих некоторые части предпочки – пронефроса и первичной почки – мезонефроса преобразуются в органы половой системы, другие части редуцируются.

У самок млекопитающих предпочка вместе с мочеточником (Мюллеров канал) преобразуется в яйцевод. У самцов млекопитающих предпочка вместе с мочеточником редуцируется.

Первичная почка у самок млекопитающих редуцируется вместе с ее мочеточником. У самцов первичная почка дает придаток семенника – эпидидимис, а ее мочеточник (Вольфов канал) преобразуется в семяпровод.

Преобразующиеся из предпочки яйцеводы млекопитающих дифференцируются на 3 отдела – маточные трубы, матка и влагалище. В норме у человека парные матка и влагалище в процессе эмбриогенеза срастаются. Нарушение эмбриогенеза ведет к аномалиям. Недостаточное развитие нижних отделов Мюллеровых каналов ведет к отсутствию влагалища – аплазии влагалища.

Нарушение процесса соединения нижних отделов Мюллеровых каналов ведет к удвоению матки и влагалища или одному влагалищу и двойной, либо двурогой матке.

Недоразвитие или нарушение развития верхних отделов Мюллеровых каналов ведет к аномалии маточных труб. Описаны случаи отсутствия одной или обеих труб.

Рисунок из: Development of the Vertebrate Kidney. Source: Developmental Biology. 8th edition.

ЗАНЯТИЕ 2.6.2.

Эволюционная иммунология.

Наука иммунология происходит от латинского слова immunitas (освобождение). Она изучает весь комплекс событий, которые приводят к уничтожению антигенно чужеродных веществ, с которыми приходит в контакт организм. Традиционное понимание иммунитета как способа защиты от инфекционных микроорганизмов (вирусов, бактерий, простейших) сегодня изменилось. Иммунные механизмы защиты проявляются всегда, когда конкретный организм сталкивается с теми или иными чужеродным в антигенном отношении материалом – будь то бактерии, вирусы, мутационно измененные собственные клетки тела, тканевые и органные трансплантаты или простые химические соединения, которым приданы иммунногенные свойства. В настоящее время иммунитет рассматривается как способ защиты организма от всех антигенно чужеродных веществ как экзогенной, так и эндогенной природы; биологический смысл подобной защиты – обеспечение генетической целостности особей вида в течение их индивидуальной жизни.

Таким образом, иммунитет выступает в качестве фактора стабильности онтогенеза (т.е. стабильности его гомеостаза). Необходимое условие передачи наследственного материала от поколения к поколению (осуществления генетического гомеостаза) – это сохранение уникального набора генов и их полноценной работы.

Два основных механизма иммунной защиты:

1. Неспецифический иммунитет – система защитных факторов организма, присущих данному виду как наследственно обусловленное свойство.

Включает: А) Барьерную функцию эпителия;

Б) Гуморальные факторы

ü лизоцим слюны и слизистых секретов, лейкоцитов – нейтрофилов, эозинофилов и макрофагов;

ü дефенсины фагоцитирующих лейкоцитов;

ü интерфероны вирус-инфицированных клеток;

ü система комплемента – сывороточные белки, неактивные «полуфабрикаты», конвертируемые в активную форму при контакте с антигеном (специфический путь), либо с другими патогенами (неспецифический путь);

В) Эндоцитоз (фаго - и пиноцитоз)

Г) Комплексная реакция воспаления (calor, dolor, rubor, tumor, functia lese) – повышение температуры, появление боли в очаге, покраснение, опухоль и нарушение функции. Способствует миграции фагоцитирующих лейкоцитов из сосудистого русла в очаг повреждения;

Д) Активность NK-клеток (натуральных «киллеров») – крупных гранулярных лимфоцитов без четкой Т- или В-дифференцировки, оказывающих прямое цитотоксическое на вирус-инфицированные, злокачественно трансформированные и патоген-содержащие (поглотившие патоген) клетки.

2. Специфический иммунитет – комплексная адаптационная (приобретенная) система реакций, характеризующихся высокой специфичностью в распознавании антигена, индуцибельностью и формированием иммунологической памяти.

Включает:

Центральные органы иммунной системы (ИС): тимус, костный мозг – места образования лимфоцитов – основных клеток, ответственных за специфический иммунитет и

Периферические органы ИС: селезенка, лимфатические узлы и сосуды, лимфоидная ткань ЖКТ (желудочно-кишечного тракта): пейеровы бляшки, аппендикс, миндалины; диффузно распределенные лимфоциты почек, печени и соединительной ткани – локусы миграции и локализации лимфоцитов из центральных органов.

Лимфоциты относятся к той категории клеток, которые широко распространены по организму. Различные типы организации лимфоцитов обеспечивают наиболее эффективную работу ИС при встрече с чужеродными антигенами. Клетки, принимающие участие в становлении и функционировании ИС можно разделить на две группы:

1) Т- и В-лимфоциты и их субпопуляции

2) Макрофаги.

Становление и роль иммунитета, рассмотренные в эволюционном аспекте, позволяют также понять, что прогресс в мире животных по линии увеличения абсолютного количества соматических клеток (от типа Губки и Типа Кишечнополостные к Типу Хордовые и его представителю – человеку) и обеспечивает эволюцию специфического иммунитета.

Неоценимый вклад в развитие эволюционной иммунологии вообще внесли исследование П. Медавара, продемонстрировавшие иммунологический конфликт как основную причину несовместимости трансплантата донора и организма реципиента и показавшие, что причина кроется в антигенных различиях между двумя организмами, заведомо обладающими генетической уникальностью и, следовательно, специфическими белковыми составами. Именно в недрах трансплантационной иммунологии выяснена роль тимуса в реакциях клеточного реагирования и окончательно сформировано представление о двух формах иммунного ответа – клеточного и гуморального.

М.Ф. Бернет (1964) первым определил иммунитет как реакцию организма, направленную на подержание генетической целостности организма (генетического гомеостаза). Действительно, рост интенсивности спонтанного мутагенеза в соматических клетках является неизбежным следствием возрастающего числа клеток у многоклеточных особей. Чем больше делящихся и дифференцирующихся соматических клеток в организме, тем выше вероятность генетических ошибок в их геноме и тем эффективнее должен быть контроль за мутационным процессом.

Цель: Изучить главные эволюционные пути становления отдельных форм иммунной системы от одноклеточных и первых многоклеточных до наиболее совершенных типов и классов животных.

Знать: Современное определение иммунитета, виды иммунитета, основные эволюционные этапы формирования иммунной защиты, основные звенья иммунной системы млекопитающих.

Уметь: Применить общий эволюционный принцип к пониманию становления эволюции иммунной защиты и многоклеточности.

Материалы и оборудование: рабочая тетрадь, ручка, простой карандаш, набор цветных карандашей, калькулятор.

Вопросы для самоподготовки:

1. Основные положения учения Ч. Дарвина.

2. Современное понятие «иммунитет».

3. Специфический и неспецифический (врожденный) иммунитет.

4. Клетки, такни и органы иммунной системы (костный мозг, тимус – центральные органы иммунитета; селезенка, лимф. узлы и др. периферические структуры иммунной системы

5. B- и T- системы иммунитета

6. Эволюция иммунной системы от т. Простейшие до т. Хордовые

7. Основные ароморфозы в эволюции иммунитета

8. Коэволюция специфического иммунитета и многоклеточности в филогенезе. Причина?

РАБОТА В АУДИТОРИИ

Работа № 1. Соотношение между различными формами иммунитета и уровнем организации в мире животных. (Рассмотреть и зарисовать схему-рисунок по В.Г. Галактионову, 2005 с некоторыми изменениями):

Работа № 2. Элементы неспецифического (врожденного) иммунитета:

А) Отметить барьерную функцию эпителия на конкретных примерах: Зарисовать таблицу и пояснения к ней.

Б) Перечислите гуморальные факторы неспецифического иммунитета

Таблица. Механизмы антибактериальной защиты, осуществляемые эпителием (по Галактионову В.Г., 2005).

Фактор защиты	Эффекторы
Механический	Плотные межклеточные контакты, смыв микроорганизмов жидкостными секретами и пассажем воздуха вдоль эпителиальных покровов
Химический	Жирные кислоты кожи, лизоцим (слюна, слезы, пот), низкий pH (желудок); пепсин (кишечник), антибактериальные пептиды дефенсины (кишечник)
Микробиологический	Конкуренция с нормальной микрофлорой кишечника за источники питания и преимущественную колонизацию эпителия, продукция бактериями специфических химических соединений

Работа № 3.Принципиальная схема развития воспалительного процесса:

Изучить и зарисовать таблицу и отметить, что характерные признаки комплексной воспалительной реакции: повышение температуры, появление боли в очаге, покраснение, опухоль и нарушение функции направлены на усиление кровотока, возрастание проницаемости и приток фагоцитарных клеток для осуществления фагоцитоза и активации цитокинов.

Работа № 4.Принципиальные механизмы поддержания генетического гомеостаза в животном мире.

Изучить с использованием материалов вышеуказанного методического пособия по теме занятия, существование трех звеньев защиты генетической целостности организма и описать их сущность: 1) внутриядерной системы репарации ДНК; 2) внутриклеточной системы самоуничтожения мутационно поврежденных клеток путем запуска механизма апоптоза; 3) иммунной системы защиты макроорганизма от потенциально опасных мутационно измененных клеток.

1) Два основных способа «починки» разрывов двойной спирали ДНК. Первый способ (негомологичное соединение концов) чреват неточностями — потерей или вставкой лишних нуклеотидов в районе разрыва. Второй более точен, но требует наличия «запасной копии» поврежденного фрагмента ДНК. В наших клетках в течение суток могут быть исправлены лишь несколько структурных изменений ДНК.

2) Апоптозом называют механизм программируемой и регулируемой гибели клеток. Механизм апоптоза включается, в частности, при повреждениях систем репарации ДНК и накоплении повреждений ДНК. Эти изменения активируют ряд специфических протеаз в клетке, которые, в свою очередь, активируют эндонуклеазы (разрывающие связи внутри НК).

3) Эффективность работы разнообразных звеньев Т - клеточного иммунитета – одно из важнейших условий защиты организма от злокачественных новообразований. На усиление этих звеньев направлена и специфическая терапия при онкологических заболеваниях. (источник рисунка: интернет-ресурс shvarz.livejournal.com/310996.html)

Работа № 5.Основы генетической уникальности индивидуума (иммуногенетики) и проблемы трансплантационного иммунитета.

На примере главного генетического комплекса гистосовестимости HLA (human leukocyte antigen) показать высокую степень генетической и белковой уникальности индивидуумов в человеческой популяции.

Антигены генетического комплекса HLA 6-й хромосомы кариотипа человека играют главную роль в тканевой совместимости донора и реципиента. Локус ABC комплекса HLA имеет протяженность 2 морганиды и содержит 15 аллельных вариантов гена А, 20 аллелей гена B и 5 аллелей гена С. Учитывая затруднительность расчета возможных форм взаимодействия этих генов и, следовательно, фенотипов, возможно, тем не менее, установить число уникальных вариантов генотипов. Рассчитайте приблизительное число лиц с одинаковыми генотипами по локусу АВС в г. Тюмени (население около 600 000 чел.), в России (около 140 млн. человек) и на планете Земля (около 6 млрд. человек), если всего существует 120 комбинаций генотипов по аллелю А, 210 – по аллелю В и 15 – по аллелю С.

Алгоритм действий:

1) Рассчитать вероятность полного совпадения генетического полиморфизма у двух человек по локусам А,B и C, используя закон умножения вероятностей:

1/120 x1/210 x 1/15 = 1/378000.

2) Рассчитать приблизительное число лиц с одинаковыми генотипами по г. Тюмени, России и Земному шару.

ЗАНЯТИЕ 2.6.3.