Общие закономерности роста и развития

Лекция 3(5,6)

5. Общие закономерности роста и развития.

Организму человека, как и любому живому организму, присущи рост и развитие.

Рост — это количественное увеличение биомассы организма за счет увеличения геометрических размеров и массы отдельных его клеток или увеличения числа клеток благодаря их делению.

Развитие — это качественные преобразования в многоклеточ­ном организме, которые протекают за счет дифференцировочных процессов (увеличения разнообразия клеточных структур) и при­водят к качественным и количественным изменениям функций организма.

Взаимосвязь роста и развития проявляется, в частности, в том, что определенные стадии развития могут наступать только при до­стижении определенных размеров тела. Так, половое созревание у девочек может наступить только тогда, когда масса тела достигнет определенной величины (для представителей европейской расы это около 48 кг). Активные ростовые процессы также не могут продол­жаться на одной и той же стадии развития бесконечно.

Дифференцировочные процессы, или дифференцировка, — это по­явление специализированных структур нового качества из мало специализированных клеток-предшественниц. Наименее специализи­рованной можно считать зиготу — зародышевую клетку, образу­ющуюся в результате слияния материнской яйцеклетки с отцов­ским сперматозоидом. Первые этапы развития зиготы представляют собой про­стое увеличение числа неотличимых друг от друга клеток — сначала зигота делится на 2, потом каждая из них еще на 2, т.е. обра­зуется 4 клетки, затем — 8, 16, 32 и т.д. Эти эмбриональные клет­ки называются бластомерами, они похожи, как две капли воды. Однако уже на стадии 32 бластомеров начинают выявляться неко­торые особенности отдельных клеток, связанные с их местополо­жением.

В последние десятилетия убедительно показано, что дифференцировочные процессы не заканчиваются во внутриутробном периоде: многие ткани организма продолжают развиваться, в том числе и путем дифференцировочных процес­сов, вплоть до завершения полового созревания. Особенно дли­телен период созревания возбудимых тканей — нервной и мы­шечной.

Ростовые процессы ве­дут, как правило, к количественным, пропорциональным из­менениям. Дифференцировочные процессы могут приводить к появлению качественных, непропорциональных изменений в деятельности физиологических систем организма.

Энергетические затраты в процессе роста и развития. Даже в период самого интенсивного роста на процессы роста расходуется не более 4—5 % суточного потребления энергии. Видимое глазу изменение размеров и пропорций тела на самом деле представляет собой достаточно легко (с точки зрения энергетики организма) реализуемый процесс. Совершен­но иначе обстоит дело с дифференцировочными процессами, оп­ределяющими динамику качественного развития организма. Ко­личество синтезов, которые протекают в процессе дифференцировок, возможно, не столь велико, но их энергетическая «цена» намного выше. Это связано с тем, что в процессе ростовых синте­зов используются уже готовые, отработанные пути метаболизма, тогда как дифференцировочные процессы требуют организации новых метаболических путей.

Количественные и качественные изменения в деятельности фи­зиологических систем. Все физиологические функции так или иначе связаны с раз­мерами тела. Но при этом часть из них меняется в онтогенезе пропорционально изменениям массы тела, тогда как другие ме­няются пропорционально изменениям площади поверхности тела. Если же в ходе развития та или иная функция демонстрирует непропорциональное массе или площади поверхности измене­ние, то это свидетельствует о качественном преобразовании ме­ханизмов реализации данной функции.

Чередование периодов роста и дифференцировки служит ес­тественным биологическим маркером этапов возрастного разви­тия, на каждом из которых организм имеет специфические осо­бенности. Иными словами, этапы онтогенеза — не абстракция, а совершенно реальная последовательность событий, неизменно повторяющаяся в процессе развития каждого индивидуума.

Рост и развитие протекают тем интенсивнее, чем моложе ребенок: рост при рождении удваивается к 4,5-5 годам; утраивается к 14-15 го­дам; в младшем школьном возрасте длина тела увеличивается в среднем на 4-5 см. В период полового созревания величина годового прироста длины — 6-8 см.

В основе — закономерность скачкообразности развития, когда постепенное накопление количественных изменений в определенный момент переходит в новое качественное состояние (появление совер­шенной координации движений, более повышенного внимания, ин­тереса к окружающему).

Понятие о «скачке роста». В тех случаях, когда во множестве различных тканей организма одновременно наблюдаются росто­вые процессы, отмечаются феномены так называемых «скачков роста». В первую очередь это проявляется в резком увеличении продольных размеров тела за счет увеличения длины туловища и конечностей.

В постнатальном онтогенезе человека такие «скачки» наиболее ярко выражены

в первый год жизни (1,5-кратное уве­личение длины и 3—4-кратное увеличение массы тела за год, рост преимущественно за счет удлинения туловища),

в возрасте 5—6 лет (так называемый «полуростовый скачок», в результате которого ребенок достигает примерно 70 % длины тела взросло­го, рост преимущественно за счет удлинения конечностей), а также

в 13—15 лет (пубертатный скачок роста как за счет удлинения туловища, так и за счет удлинения конечностей).

Впервые о скачке роста стало известно из исследований графа Ф. де Монбейяра, который в 1759—1777 гг. наблюдал за развитием своего сына, взвешивая его каждые полгода.

В результате каждого скачка роста существенно меняются пропорции тела, все более при­ближаясь к взрослым. Кроме того, количественные измене­ния, выражающиеся в увеличении длины тела и изменении его пропорций, обязательно со­провождаются качественными изменениями функционирования важнейших физиологических систем, которые должны «настро­иться» на работу в условиях новой морфологической ситуации.

Гетерохронность(от греч. — другой, — время) — рост и развитие всех органов и физиологических систем организма детей и подростков происходит гетерохронно (то есть не одновременно и неравномерно). Порядок развития и совершенствования органов зависит от их «нужности» и «полезности» для организма ребенка. Так, например, сердце начинает работать на 3-й неделе пренатального развития, а почки формируются значительно позднее и вступают в действие только у новорожденного ребенка.

П. К.Анохин: «Гетерохрония является специальной закономернос­тью, состоящей в неравномерном развертывании наследственной ин­формации. Благодаря этой наследственно закрепленной особенности созревания обеспечивается основное требование выживания новорож­денного — гармоническое соотношение структуры и функции данного новорожденного организма с внезапно возникающим воздействием на него экологических факторов».

Особенности развития человека

у человека периоды ускоренного роста чередуются с их замедле­нием;

в первый год жизни и в период полового созревания идет наиболее интенсивный рост и развитие организма;

во время роста изменяется соотношение длины головы и тела. У новорожденного оно составляет 1:4, у взрослого — 1:8;

для развития мышления и двигательной активности очень важен период от 2 до 4 лет. «Маугли» — возвращенные в общество до это­го периода — развиваются до нормального человека, а после этого периода — не могут стать полноценными людьми.

В росте и развитии детей выделяют:

первый период вытягивания — первый год жизни, длина тела ре­бенка возрастает на 25см, а его масса увеличивается на 6-7кг;

первый период округления — 1-3 года, темпы развития снижа­ются;

второй период вытягивания — 5-7 лет — новое нарастание темпов роста, прирост тела 7-10см;

второй период округления — 7-10лет — замедление роста;

третий период вытягивания — с11-12до15-16 лет — возрастание темпов физического развития в период полового созревания;

в последующие годы темпы физического развития снижаются. Рост у женщины останавливается к 18-22 годам, у мужчин — к 20-25годам.

Темпы полового развития и биологически обусловленная продолжительность жизни. Некото­рые представители вида Homo sapiens доживают в определенных условиях до 130—140 лет, сохраняя ясность мыслей и относитель­ную трудоспособность. По мнению ряда энтузиастов, человек, если бы не был подвержен каким-то заболеваниям и порокам, мог бы жить до 200 и более лет. Надо признать, что, как ни привлека­тельны эти концепции, они не основаны на современном науч­ном знании. Для млекопитающих, к которым относится и человек, харак­терна такая закономерность: средняя продолжительность жизни примерно в 5 раз больше, чем возраст наступления половой зре­лости. По-видимому, это соотношение установилось в процессе естественного отбора как наиболее адекватное задачам популяционной репродукции. Отсюда следует, что естественный предел продолжительности жизни человека составляет примерно 16 х 5 = 80 лет. Всякий, кто живет дольше этого срока, с полным основанием может считать­ся долгожителем.

Продолжительность жизни детерминирована геномом. На концах хромосомы имеются участки – теломеры, длина которых укорачивается с каждым делением. Для каждой клетки предусмотрено своё количество делений.

Следует подчеркнуть, что все приведенные выше рассуждения имеют смысл только на популяционном уровне и никак не отно­сятся к индивидуальным особенностям темпов биологического созревания. Специальные исследования не выявили значимых кор­реляций между скоростью полового созревания и временем жиз­ни у отдельных людей. Жители южных стран обычно достигают половой зрелости на 1—2 года раньше, чем северяне, но это не значит, что они живут на 5—10 лет меньше.

Только 15 % россиян доживают до биологической старости. До биологической старости не доживают 85 % жителей России. Такие данные приводят эксперты Центра стратегических исследований МЧС. Согласно статистики, более 56 процентов смертей приходятся на социально-экономические причины, 20 % - на экологические. Пять процентов преждевременных смертей связаны с причинами природно-техногенного характера. Например, до 35 тысяч человек ежегодно гибнут в ДТП и до 20 тыс. - в пожарах.

В последние десятилетия во всех развитых странах продолжительность жизни поступательно увеличивается. Наряду с этим отмечено уменьшение продолжительности жизни в странах Африки и бывшего Советского Союза.

6. Индивидуальные различия, понятие «возраст развития».

Индивидуальные различияв процессе роста и развития могут варь­ироваться в широких пределах. Существование индивидуальных колебаний процессов роста и развития послужило основанием для введения такого понятия, как биологический возраст, или возраст развития (в отличие от паспортного воз­раста).

Основными критериями биологического возраста считаются:

«внешний» критерий (кожные покровы);

«скелетная зрелость» (порядок и сроки окостенения ске­лета);

«зубная зрелость» (сроки прорезывания молочных и посто­янных зубов);

степень развития вторичных половых признаков. Для каждого
из этих критериев биологического возраста — «внешнего», «зубного» и «костного» — разработаны оценочные шка­лы и нормативные таблицы, позволяющие определить хронологи­ческий (паспортный) возраст по морфологическим особенностям.

Самый простой, но и самый грубый способ оценки биологиче­ского возраста — по пропорциям тела — соотношению длины ко­нечностей и туловища. Такая оценка может давать только очень гру­бый, приближенный результат, так как здесь вмешивается фак­тор биологического разнообразия, т.е. конституциональной при­надлежности индивида. У потенциальных долихоморфов уже в дет­ском возрасте ноги могут быть относительно длиннее, чем у их сверстников-брахиморфов, хотя скорость морфофункционального развития брахиморфов по многим показателям часто оказыва­ется выше. Поэтому, судя по пропорциям тела, можно с уверен­ностью отнести ребенка только к той или иной возрастной груп­пе, причем достаточно широкой.

Костный возраст. Гораздо более точный результат дает иссле­дование костного (скелетного) возраста. Оссификация каждой кости начинается с первичного центра и проходит через ряд по­следовательных стадий увеличения и формирования области око­стенения. На прак­тике наиболее часто для этих целей используют кисть и запястье (обычно левой руки). Сравнение полученной рентгенограммы со стандарта­ми и балльная оценка степени развития многих костей позволяют количественно (в годах и месяцах) выразить полученный резуль­тат.

Зубной возраст. Если подсчитать число прорезавшихся (или сме­нившихся) зубов и сопоставить эту величину со стандартами, можно оценить так называемый зубной возраст. Однако возраст­ные периоды, когда такое определение возможно, ограничены: молочные зубы появляются в интервале от 6 месяцев до 2 лет, а смена их на постоянные происходит с 6 до 13 лет. В период от 2 до 6 лет и после 13 лет определение зубного возраста теряет смысл.

Внешние половые признаки. Мужчину и женщину отличают половые признаки. Это абсолютные признаки пола (наличие или отсутствие y-хромосомы), пер­вичные (половые органы) и вторичные (например, раз­витие волос на лобке, развитие молочных желез, изменение го­лоса, особенности телосложения, пропорции частей тела и др.). Гермафродитизм – наличие с одной стороны тела мужских половых желёз, а с другой – женских.

В период полового созревания био­логический возраст можно оценивать по внешним половым при­знакам. Есть разные — количественные и качественные — методи­ки учета этих признаков, но все они оперируют одним и тем же набором показателей: у юношей это размер мошонки, яичек и полового члена, оволосение на лобке, в подмышечных впадинах, на груди и на животе, появление поллюций, набухание сосков; у девушек это форма и размер грудных желез и сосков, оволосение на лобке и в подмышечных впадинах, время первого появления и установления регулярных менструаций.

Последовательность появления и динамика степени выражен­ности перечисленных признаков хорошо известны, что дает ос­нования для достаточно точной датировки биологического возра­ста в период от 11—12 до 15—17 лет.

Факторы, влияющие на индивидуальное развитие (онтогенез), подразделяются на наследственные и средовые (влияние внешней среды).

Степень наследственного (генетического) влияния неодинакова на разных этапах роста и развития. Воздействие наследственных факторов на тотальные размеры тела усиливается от периода но­ворожденности ко второму детству с последующим ослаблением к 12—15 годам.

Влияние факторов внешней среды на процессы морфофункционального созревания организма отчетливо прослеживается на примере сроков менархе (менструации). Исследования процессов роста у детей и подростков в различных географических зонах показали, что климатические факторы почти не оказывают влия­ние на рост и развитие, если условия обитания не являются экст­ремальными. Адаптация к экстремальным условиям вызывает столь глубокую перестройку функционирования всего организма, что не может не сказаться на процессах роста.

Размножение в органическом мире

Размножение— присущее всем организмам свойство воспроизве­дения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемствен­ность жизни.

В процессе размножения происходит:

передача генетического материала от родительского поколения сле­дующему поколению, что обеспечивает воспроизведение признаков не только данного вида, но и конкретных родительских особей;

постоянное замещение гибнущих представителей вида обеспечивает непрерывность существования вида;

каждое поколение должно производить больше потомков, чем было родительских особей, принимавших участие в размножении, так как для того, чтобы организм достиг стадии, на которой он будет способен к размножению (половозрелости или репродуктивности), он должен благополучно пройти ряд стадий роста и развития (не погибнув в результате болезней, случайных событий и др.);

■ при определенных условиях позволяет увеличить общую численность вида.

Основные способы размножения

Бесполое размножение — происходит без образования гамет, в нем участвует лишь один организм. При бесполом размножении обычно образуются абсолютно одина­ковые (идентичные) потомки, а единственным источником генетиче­ской изменчивости служат случайные мутации.

Типы бесполого размножения:

деление клетки на две (бактерии, многие простейшие);

шизогония или множественное деление (например, возбудитель малярии);

споруляция или образование спор (грибы, бактерии);

почкование (кишечнополостные, например гидра; одноклеточные грибы, например дрожжи);

фрагментация (нитчатые водоросли, некоторые черви);

вегетативное (привой/подвой) (у растений, которые при этом могут размножаться и половым способом), позволяет сочетать в одном растении желательные признаки двух разных сортов или видов;

клонирование - искусственный способ выращивания из одной клет­ки как тканей и органов, так и целостного организма. Клоны — идентичное потомство, происходящее от одной родитель­ской особи. Методы, позволяющие успешно клонировать некоторые высшие гения и животных, возникли в 1960-х гг. в результате попыток доказать, что ядра зрелых клеток содержат всю информацию, необходимую для кодирования всех признаков организма. Первый успешный эксперимент заключался в выращивании отдельной клетки корня моркови в среде, содержащей нужные питательные вещества и гормоны, приводящие к образованию новых растений моркови. Этот и другие эксперименты доказали, что практически все клетки организма содержат всю информацию, необходимую для развития целого организма.

Половое размножение — потомство получается в результате слиянияI генетического материала гаплоидных (половых) клеток двух особей — мужской и женской. Гаметы — это половые клетки с гаплоидными ядрами, то есть содержащими один набор хромосом (у человека 23 хромосомы), полученных в результате мейоза. Во время мейоза в результате случайного расхождения хромосом и обмена генетическим материалом между гомологичными хромосомами возникают новые комбинации генов, попавших в одну гамету. Такая перетасовка повышает генетическое разнообразие. Гаметы являются связующим звеном между данным поколением и следующим, именно они передаются от родителей к детям и обеспечивают генетическую изменчивость. Генетическая изменчивость выгодна виду, так как она поставляет «сырье» для естественного отбора, а значит, и для эволюции.

Половая любовь — эволюционное приспособление, ведущее к вы­бору полового партнера, способного к передаче потомству генотипа, отличного от генотипа данной особи. Например, собаки не спарива­ются с партнерами, имеющими сходный запах, т.е. похожий генотип. У человека подобный тип любви часто называют «любовью с первого взгляда».

Оплодотворение

При каждом половом сношении 200-300 млн сперматозоидов вмес­те с семенной жидкостью попадают во влагалище (вблизи шейки матки);

из влагалища в матку сперматозоиды попадают через 5 минут после семяизвержения. На скорость прохождения сперматозоидов влия­ет наличие оргазма у женщины (сокращения матки и маточных труб);

только через несколько часов после полового сношения сперматозо­иды попадают в маточные трубы (так как им приходится двигаться против тока жидкой слизи и движений волосков реснитчатого эпителия маточных труб) — в результате до маточной трубы доби­раются только несколько тысяч сперматозоидов;

сперматозоиды в женских половых путях способны к оплодотво­рению в течение 2-4 суток;

яйцеклетка, вышедшая из яичника (после овуляции), способна к оплодотворению в течение 12-24 часов;

оплодотворение может произойти только (!) в маточной трубе, если там находится яйцеклетка;

самый быстрый (первый) сперматозоид проникает через оболочку яйцеклетки, после чего оболочка яйцеклетки уплотняется и закры­вает доступ другим сперматозоидам;

оплодотворенная яйцеклетка (зигота) движется по маточной трубе 4-5 дней, превращаясь в многоклеточный зародыш (несколько сот клеток);

если при овуляции образовалось 2 или несколько яйцеклеток, то при оплодотворении образуются 2 или несколько зародышей (имеют разный генотип, поэтому непохожи) — разнояйцевые близнецы;

если один зародыш, находясь на стадии бластулы (когда в нем еще не более восьми клеток, которые еще не дифференцировались и имеют абсолютно одинаковый генотип), распадается на 2-8 частей, то образуются однояйцовые близнецы (похожи, так как генотип одинаков), часто называемые «двойняшки», «тройняшки» и т.п.