Ситуационные задачи по теме «Биология развития»

Размножение организмов

1. Определите тип яйцеклетки: «Яйцеклетка содержит большое количество желтка сосредоточенного в центре клетки, активная зона цитоплазмы и ядро расположены по поверхности. Такая яйцеклетка есть у насекомых.

Ответ: Тип яйцеклетки центролецитальный

2. У девятипоясного броненосца тату всегда рождается четное количество одинаковых детенышей. Как вы считаете, что происходит у этого животного при оплодотворении?

Ответ: У этого животного происходит оплодотворение нескольких яйцеклеток и в норме на стадии тотипотентных бластомеров происходит развитие монозиготных близнецов.

3. Объясните, в чем заключается сходство способов размножения у одноклеточных организмов - дрожжевых грибов и многоклеточных организмов – кишечнополостных? Какие преимущества дает этот способ размножения?

Ответ: Для этих групп организмов характерно бесполое размножение путем почкования. Это решает вопрос быстрого размножения и увеличения количества особей в популяции.

4. Сперматозоиды в семенной жидкости развивают скорость, равную 5см/ч, что применительно к их размерам, примерно в 1,5 раза быстрее, чем скорость пловца-олимпийца. Объясните, какие особенности их организации обусловливают такую скорость передвижения?

Ответ: В шейке сперматозоида расположена митохондрия спирального строения, в ней вырабатывается энергия необходимая на активное передвижение, большую часть энергии сперматозоид получает в виде фруктозы, которой много в эякуляте. Жгутик, состоящий из 9 пар микротрубочек и дуплет – в центре, является органоидом активного передвижения.

5. Для яйцеклеток характерно необычное отношение объема ядра к объему цитоплазмы: у яйцеклеток оно сильно снижено, а у сперматозоидов, наоборот, ядерно-цитоплазматическое отношение очень высокое. Свяжите показатели ядерно-цитоплазменных отношений с функциональной ролью половых клеток.

Ответ: Низкие показатели ядерно-цитоплазматических отношений яйцеклеток связаны с наличием большого объема цитоплазмы, в которой располагается питательный материал для будущего зародыша, происходит накопление копий РНК. В сперматозоидах объем цитоплазмы мал. Почти вся клетка занята ядром, этот факт связан с иной функций гамет – доставка наследственного материала к яйцеклетке.

6. Стоматологическое заболевание - «Микросомия гемифациальная» или односторонняя гипоплазия (недоразвитие) лица, сопровождается односторонней аномалией ушной раковины с одновременной гипоплазией нижней челюсти на той же стороне. Патология определяется аутосомным доминантным геном.

Сколько типов сперматозоидов, различающихся по аллелям данного заболевания, производит здоровый мужчина?

Ответ: здоровый мужчина производит один тип гамет, так как в его генотипе будут находиться рецессивные гены, которые при полном доминировании проявляют свое действие только в гомозиготном состоянии.

Онтогенез

7. Определите тип яйцеклетки: яйцеклетка содержит небольшое и достаточно равномерно распределенное в цитоплазме количество желтка. Такая яйцеклетка есть у морских ежей, червей, некоторых млекопитающих, ланцетника.

Ответ: Изолецитальная

8. Определите тип дробления зиготы у которой первая борозда дробления проходит через анимальный и вегетативный полюсы и приводит к образованию 2-х дочерних одинаковых бластомеров. Митотическое веретено второго деления дробления закладывается под прямым углом от первого, но также ориентировано по анимально-вегетативной оси яйца. Третье деление происходит по экватору. Митотическое веретено в каждом бластомере располагается параллельно анимально-вегетативной оси. Дальше происходит чередование меридиональных и экваториальных делений, приводящих к образованию 64, 128, 256 клеток. В результате возникает зародыш, у которого бластомеры примерно одного размера располагаются рядами вдоль центральной полости.

Ответ: Полное равномерное

9. Определите тип образования третьего зародышевого листка:

1) Клетки мезодермы образуются путем серии последовательных делений двух клеток (телобластов), симметрично расположенных в полости бластоцеля в районе губ бластопора.

2) Клеточный материал будущей мезодермы первоначально входит в состав стенки первичной кишки. Позже мезодерма выделяется в качестве самостоятельной закладки, путем симметричного впячивания в полость бластоцеля с последующей отшнуровкой.

Ответ: 1) Телобластический

2) Энтероцельный

10. Определите по описанию тип плаценты. Назовите вид плаценты, характерный для человека.

1) Ворсинки хориона находятся в складках слизистой оболочки матки без нарушения целостности эпителия, выстилающего просвет.

2) Ворсинки хориона погружаются в соединительную ткань стенки органа, однако прямой контакт с кровеносными сосудами отсутствует.

3) Ворсинки хориона вступают в непосредственный контакт с эндотелием – клетками, ограничивающими просвет сосудов стенки матки.

4) Ворсинки хориона омываются кровью, изливающейся из сосудов в силу нарушения целостности их стенок в лакуны, которые образуются в стенке матки в области детского места.

Ответ: 1) Эпитлиохориальный

2) Десмохориальный

3) Эндотелиохориальный

4) Гемохориальный

11. Для какого типа развития, наблюдающегося у животных в ювенильном периоде, характерны следующие признаки:

1) Вышедшие из яйцевых оболочек или новорожденные организмы отличаются от взрослых форм преимущественно размерами, а также недоразвитием ряда органов и пропорций тела.

2) Рождается организм, который может походить или совсем быть похожим на взрослые жизненные формы. У этих животных не только могут отсутствовать или быть недоразвитыми органы, необходимые в половозрелом состоянии, но имеются многие временные органы, функционирующие лишь в ювенильный период.

Ответ: 1) Прямое развитие

2) Непрямое развитие

Регуляция онтогенеза

12. Назовите клеточные механизмы, срабатывающие в процессе гаструляции у млекопитающих.

Дробление заканчивается с образованием морулы, клетки которой подразделяются на внутреннюю массу клеток, из которых впоследствии развивается эмбрион, и наружный полый клеточный пузырек трофобласт. Из него развиваются провизорные органы. Эта стадия называется бластоцистой. Собственно гаструляция начинается с обособления слоя клеток эмбриобласта, обращенного в полость бластоцисты. Так образуется гипобласт - будущая энтодерма зародыша. Клетки краевой зоны этого зачатка распространяются по внутренней поверхности трофобласта, ограничивая полость желточного мешка, который у плацентарных млекопитающих рудиментарен. Гипобласт растет в ширину и вся внутренняя клеточная масса увеличивается и превращается в дисковидную клеточную пластинку, сходную с зародышевым диском у птиц и рептилий. Затем отдельные клетки мигрируют и участвуют в образовании всех зародышевых листков. Между клетками внутренней клеточной массы появляется щель, которая затем превращается в амниотическую полость.

Ответ: Дифференцировка, пролиферации, перемещение, сортировка, адгезия.

13. В лаборатории Эдельмана (США) были проделаны следующие опыты. Сделайте логический вывод из них.

В культуру клеток животных тканей, которые первоначально были отделены друг от друга, не организованы в пространстве и напоминали мезенхиму, были введены ДНК, кодирующие белки клеточной адгезии (САМ от англ. Се11-аdhesion molecules). После этого клетки объединились в пласт, напоминающий эпителиальный. Когда пласт сформировался, между клетками возникли щелевые и адгезивные контакты.

Ответ: Молекулы клеточной адгезии (SAM) ответственны за взаимодействие клеток в зародыше.

14. Какие выводы можно сделать из следующих экспериментах:

1) Если путем центрифугирования (у морского ежа) или перешнуровки оплодотворенных яйцеклеток (у тритона) получить их безъядерные фрагменты, то в обоих случаях дробление при участии ахроматинового митотичёского аппарата может привести к образованию безъядерных бластулоподобных структур. Однако дальше развитие не пойдет.

2)Если объединить в опыте безъядерную цитоплазму яйцеклетки одного вида с ядром сперматозоида другого вида, то во многих случаях развитие таких клеток останавливается, достигнув стадии гаструлы.

Ответ: Опыты демонстрирует тот факт, что самые начальные этапы развития определяются продуктами материнских генов яйцеклетки и только к началу гаструляции активизируются гены зиготы.

15. Какое явление наблюдал Г. Шпеман на примере формирования глаза?

Наиболее ранняя закладка глаза представляет участок ткани промежуточного мозга, глазной пузырь, растущий по направлению к кожной эктодерме, где на месте их сближения образуется хрусталик в виде впячивания эктодермы. Если на одной стороне зародыша удалить закладку глазного пузыря, то на этой стороне хрусталик не образуется. Если, наоборот, закладку глазного пузыря пересадить под кожу в другом месте головы или туловища, то здесь на границе эктодермы возникает хрусталик.

Ответ: Шпеман наблюдал явление эмбриональной индукции.

16. Какое явление было установлено в опытах эмбриологов Дриш и Шпемана?

Они показали, что ядра ранних бластомеров морских ежей и тритонов способны обеспечить дифференцировку любых типов клеток. В их опытах бластомер, который в норме должен былдать начало лишь части зародыша, оказался способным дать в процессе развития целый организм.

Ответ: Явление эквивалентности генома разных клеток зародыша – тотипотентность.

Регенерация

17. При осмотре травматологом установлено, что на голове у больного открытая рана. Рентгенологическое исследование показало раздробление плоских костей черепа. Известно, что в норме плоские кости не регенерируют. Какие методы восстановления целостности костей черепной коробки Вы могли бы предложить в данном случае для заживления дефекта?

Ответ: ввести в рану индуктор в виде костных опилок, который вызовет активацию незрелых клеток соединительной ткани края костного дефекта продуктами распада костных опилок.

18. Во время рыбалки на озере был пойман рак, у которого обнаружили вместо левого глаза длинный усик. Как Вы можете объяснить наличие на месте глаза совершенно другого органа у рака?

Ответ: явление гетероморфизма, связанного с нарушением нервной регуляции.

19. Ожог составляет 10% от поверхности тела. Какой тип и механизм регенерации будет в данном случае?

Ответ: репаративная регенерация, механизм – эпиморфоз.

20. Больному требуется срочная пересадка почки. Какой тип трансплантации будет идеален в этом случае? И почему?

Ответ: аллотрансплантация от близкого родственника, потому что трансплантация тесно связана с трансплантационным иммунитетом, приводящего к отторжению тканей и органов.

21. Больному удалили одну почку, по истечению некоторого времени она стала увеличиваться. Какой процесс в данном случае мы можем наблюдать?

Ответ: процесс компенсаторной гипертрофии.

Задачи для самоконтроля

1. Многощетинковые черви пололо один раз в году поднимаются со дна на поверхность океана, и здесь происходит отделение от их тела фрагмента. Этот процесс привлекает многих животных, включая и местных жителей – т.к. эти черви богаты питательным белком. Каким путем размножается этот кольчатый червь и в чем заключается биологическая роль такого способа размножения?

2.У губок, представителей кишечнополостных, свободноживущих плоских червей гаметы развиваются в любом участке, а у большинства животных в специализированных половых железах – гонадах. Объясните, будет ли различаться при этом процесс гаметогенеза и мейоз, лежащий в его основе?

3.При овогенезе образуются полоциты, а при сперматогенезе их нет. Объясните, с чем связана такая специфичность протекания разных типов гаметогенезов и, почему эта дифференцировка была закреплена естественным отбором?

4.Кролик имеет 44 хромосомы. Сколько хромосом у него будет в сперматоцитах 1-го порядка?

5. Как называется клетка, которая содержит минимальное количество цитоплазмы, имеет крупное ядро с конденсированным хроматином, снабжена органоидом движения и акросомным аппаратом; имеет высокий уровень обмена веществ, позволяющий вырабатывать энергию, необходимую для быстрого передвижения на большие расстояния.

6. Определите тип яйцеклетки с большим количеством желтка, основная масса которого расположена в вегетативной области.

7. Начальная стадия развития, какой системы у позвоночных животных происходит следующим образом: к концу гаструляции эктодермальные клетки, находящиеся в дорсальной части зародыша, непосредственно перед бластопором, начинают быстро делиться и вытесняется внутрь, образуя пластинку. Затем пластинка распространяется на всю дорсальную часть зародыша, ее края формируют складки, а в центре возникает желобок. Верхние складки соприкасаются и сливаются, образуя трубку.

8. Как называется представленный ниже процесс: конечности у позвоночных закладываются в виде бугорков, называемых почками конечности. Они состоят из массы рыхлой мезодермальной ткани, покрытой эктодермой. По мере того как конечность удлиняется образуются плотные структуры, соответствующие будущим скелетным элементам, мышцам и кровеносным сосудам.

9. В какой этап онтогенеза происходят следующие изменения в организме животных и человека: изменяются физико-химические свойства белка хроматина клеточных ядер, увеличивается прочность связывания гистонов с ДНК, что обеспечивает репрессию некоторой части генома; происходят ошибки в транскрипции и трансляции наследственной информации, что приводит к синтезу дефектных белков.

10.Известно, что трутни развиваются из неоплодотворенных яйцеклеток (п=16). Какой набор хромосом имеют соматические клетки и как у них образуются сперматозоиды?

*11.Если 100 сперматозоидов, продуцируемых самцом, имеющим одну пару хромосом , будут оплодотворять 100 яиц, продуцируемых такой же самкой, то сколько комбинаций материнских и отцовских хромосом возникает в зиготах, и в какой пропорции?

*12.В культуре тканей человека в одной из клеток во время ненормального митоза дочерние хромосомы одной из коротких хромосом (№21)попали в одно ядро в результате не расхождения. Кроме того, произошла элиминация (гибель) другой хромосомы (№15). Сколько хромосом будут иметь дочерние клетки?

13. Эффект действия каких генов подтверждают следующие эксперименты, проведенные Харвей в 1940 г. Ученый помещала неоплодотворенные яйцеклетки морского ежа в раствор сахарозы, имеющей ту же кислотность, что и сама яйцеклетка. Затем путем центрифугирования отделяла ядро, партеногенетически активизировала безъядерные клетки к дальнейшему развитию. Развитие зародыша продолжалось до образования бластулы.

14. О чем свидетельствовали следующие эксперименты, проведенные на зародышах амфибий: группы клеток из экто- и мезодермы зародышей меняли местами. Это приводило к изменению направления дальнейшего развития этих зачатков в соответствии с их новым положением.

15. Какие гены были обнаружены при изучении следующей мутации у дрозофилы: у эмбрионов нормальных форм дрозофилы закладывается полный набор сегментов: три сегмента головы, три грудных сегмента и восемь брюшных сегментов. В последующих этапах развития из этих сегментов развивается голова, грудь и брюшко насекомого. У эмбрионов с мутацией fushi tarazu определенных сегментов не хватает и не полные сегменты соединяются с соседними. Это приводит к летальному исходу.

16. Нарушение, каких клеточных механизмов произошло в эмбриогенезе у человека с описанной ниже клиникой? «С помощью рентгенологического исследования у больного, обратившегося в больницу с подозрением на пиелонефрит, была с правой стороны обнаружена почка значительно больше нормальной, между верхним и нижним полюсом есть борозда, две почечные лоханки и два мочеточника. Кровообращение осуществляется по двум почечным артериям».

17.Нарушение, каких клеточных механизмов произошло в эмбриогенезе у человека с описанной ниже клиникой? «В кардиологическую клинику поступил мальчик двух лет. Покровы тела цианотичны, одышка, кровоток в легких обеднен. При зондировании сердца зонд из правого предсердия не удается провести в правый желудочек, но он попадает в левое предсердие».

18. При осмотре травматологом установлено, что на голове у больного открытая рана. Рентгенологическое исследование показало раздробление плоских костей черепа. Известно, что в норме плоские кости не регенерируют. Какие методы восстановления целостности костей черепной коробки Вы могли бы предложить в данном случае для заживления дефекта?

19. Во время рыбалки на озере был пойман рак, у которого обнаружили вместо левого глаза длинный усик. Как Вы можете объяснить наличие на месте глаза совершенно другого органа у рака?

20. Больному удалили одну почку, по истечению некоторого времени оставшаяся почка стала увеличиваться. Какой процесс в данном случае мы можем наблюдать?