WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 

«Содержание Введение......................................................... 1 ...»

1

Человек – саламандра.

Фантастика или реальность?

МОУ средняя общеобразовательная школа №27

Плахотин Кирилл, 9а класс, МОУ СОШ № 27

Руководитель: Суховеенко Раиса Егоровна, учитель биологии МОУ СОШ № 27

Содержание

Введение......................................................... 1

Глава 1. Аналитический обзор литературы.

...................... 2 Что такое регенерация и зачем она нужна...................

1.1. 2 Отличия процесса регенерации у различных животных и человека................................................... 3 Что такое стволовая клетка и её роль в регенерации..........

1.3. 4 Репаративная регенерация в современной медицине..........

1.4. 5 Экспериментальная часть: регенерация хвоста у ящерицы Глава 2.

обыкновенной.......................................... 5 Характеристика материала и методов исследования..........

2.1. 5 Купирование хвостов у ящериц...........................

2.2. 7 Наблюдение за регенерацией хвостов у ящериц..............

2.3. 8 Выводы.......................................................... 10 Заключение....................................................... 11 Литература....................................................... 11

–  –  –



Феномен регенерации у некоторых животных известен с древних времен, но то, как она происходит, какие факторы влияют на неё до конца не изучено. Актуальность данной темы состоит в том, что исследования в этом направлении проводятся очень активно, появилась новая отрасль – «регенеративная медицина» с её возможностями выращивания сердца, печени, почек и даже конечностей с собственным кровоснабжением для замены больных органов. Ученые дают благоприятные прогнозы по развитию этого направления биологии и медицины. Их связывают, прежде всего, с исследованием бластем - групп стволовых клеток, способных расти и развиваться в органы и части тела.

–  –  –

Теоретически изучить виды регенерации у различных животных и человека. Познакомиться с современными достижениями в медицине, связанными с процессом регенерации. Оценить в эксперименте возможности регенерации обыкновенной или прыткой ящерицы.

Задачи исследования

1. Теоретически и экспериментально выяснить, что такое регенерация и оценить факторы, влияющие на этот процесс.

2. Проанализировать отличия процесса регенерации у различных животных и человека.

3. Изучить данные о роли стволовых клеток в процессах регенерации.

4. Познакомиться с современными достижениями и перспективами исследования процессов регенерации в улучшении здоровья человека.

–  –  –

1.1. Что такое регенерация и зачем она нужна.

Регенерация (в переводе с латинского языка — возрождение, возобновление) - это восстановление организмом утраченных или поврежденных органов и тканей, а также восстановление целого организма из его части.





Различают два вида регенерации: физиологическую и репаративную.

Восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма называют физиологической регенерацией. Примерами физиологической регенерации являются обновление эпидермиса кожи, роговицы глаза, эпителия слизистой кишечника, клеток периферической крови и др.

Обновляются и производные эпидермиса — волосы и ногти. Физиологическая регенерация присуща организмам всех видов, но особенно интенсивно она протекает у теплокровных позвоночных, так как у них вообще очень высока интенсивность функционирования всех органов по сравнению с другими животными.

Восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов называют репаративной регенерацией. Механическая травма, оперативное вмешательство, действие ядовитых веществ, ожоги, обморожения, лучевые воздействия, голодание, другие болезнетворные агенты — все это повреждающие факторы. Наиболее широко изучена регенерация после механической травмы. Способность некоторых животных, таких, как гидра, планария, некоторые кольчатые черви, морские звезды, асцидия и др., восстанавливать утраченные органы и части организма издавна изумляла ученых. Ч. Дарвин, например, считал удивительными способность улитки воспроизводить голову и способность саламандры восстанавливать глаза, хвост и ноги именно в тех местах, где они отрезаны [1, 4, 5].

1.2. Отличия процесса регенерации у различных животных и человека.

От чего же зависит регенерация и как она различается у различных животных? В настоящее время установлено, что лучшей способностью к регенерации наружных органов обладают гидры и другие животные из класса кишечнополостных, планарии (плоские черви), кольчатые черви, членистоногие, иглокожие, низшие хордовые, например асцидии. Эта способность к регенерации связана с простотой строения их тела. У этих животных специальные клетки (стволовые клетки) – из которых могут образовываться всевозможные клетки организма, разбросаны по всему телу. Отрезанный кусочек сжимается, стволовые клетки внутри него перестраиваются, и возникает целая особь, только уменьшенных размеров, которая затем растет. Этот способ регенерации впервые описал Т. Морган в 1900 г.

Другой способ репаративной регенерации, заключающийся в отрастании нового органа от ампутационной поверхности, например, регенерация конечности или хвоста, характерен для земноводных (тритона, саламандры, аксолотля). В организме этих животных нет достаточного количества стволовых клеток как у беспозвоночных, но они обладают способностью образовывать их в месте повреждения путем дедифференциации, то есть упрощения специализированных клеток. В месте повреждения образуется так называемая регенерационная бластема. Все клетки бластемы вначале выглядят одинаково, но затем из этих одинаковых клеток образуются (дифференцируются) клетки разных тканей, формирующих растущую конечность или хвост.

Длина и масса регенерационной бластемы быстро увеличиваются. Рост бластемы происходит на фоне идущего полным ходом формирования черт конечности, т.е. ее морфогенеза. Когда форма конечности в общих чертах уже сложилась, регенерат все еще меньше нормальной конечности. Чем крупнее животное, тем больше эта разница в размерах. Для завершения морфогенеза требуется время, по истечении которого регенерат достигает размеров нормальной конечности Регенерация у млекопитающих и человека отличается своеобразием. Известно только два вида клеток, которые могут регенерировать - это клетки крови и клетки печени. Но здесь принцип регенерации иной. Когда эмбрион млекопитающего развивается, немножко клеток остается в стороне от процесса специализации. Это - стволовые клетки.

Они обладают способностью пополнять запасы крови или отмирающих клеток печени.

Костный мозг тоже содержит стволовые клетки, которые могут становиться мышечной тканью, жиром, костями или хрящами в зависимости от того, какие питательные вещества им даются, но пока только в пробирках. Почему же млекопитающие не способны к регенерации в такой же степени, как простейшие и земноводные? Это связано с мощной иммунной системой, имеющейся у млекопитающих. В настоящее время многие ученые пришли к выводу, что организмы первоначально имели два способа исцеления от ран иммунную систему и регенерацию. Но в ходе эволюции обе системы стали несовместимы друг с другом, и пришлось выбирать. Хотя регенерация может на первый взгляд показаться лучшим выбором, Т-клетки для нас насущней. Ведь они - основное оружие организма против опухолей. Получается, что иммунная система, защищая нас от инфекций и рака, одновременно подавляет наши способности к "саморемонту " [4, 5].

1.3. Что такое стволовая клетка и ее роль в регенерации.

В предыдущей части мы уже говорили о стволовой клетке и об ее участии в регенерации. Понятие «стволовые клетки» впервые появилось в России еще в начале прошлого века. Тогда великий российский гистолог А.А.Максимов, изучая процесс кроветворения, пришел к выводу об их существовании. Что же это за клетки и каковы их отличительные свойства?

Стволовые клетки могут давать начало любым клеткам организма – и кожным, и нервным, и клеткам крови. Сначала считали, что стволовые клетки есть только в эмбриональных тканях. В 70-е годы ученые обнаружили их во взрослом костном мозге, а затем практически во всех органах взрослых животных и человека. В связи с этим принято разделять стволовые клетки на эмбриональные стволовые клетки (выделяют из эмбрионов на очень ранней стадии развития, когда еще нет ни тканей, ни закладок органов) и региональные стволовые клетки (выделяют из органов взрослых особей).

Стволовые клетки можно выделять и растить в культуре ткани. Способность давать множество разнообразных клеточных типов делает стволовые клетки важнейшим восстановительным резервом в организме, который используется для замещения дефектов в разных органах и тканях, возникающих в силу тех или иных обстоятельств. Особое удивление биологов вызвало присутствие стволовых клеток в центральной нервной системе. Как известно, сами нервные клетки утрачивают способность к размножению уже на самой ранней стадии своего развития. В народе даже говорят, что нервные клетки не восстанавливаются. Оказывается, это заблуждение: стволовые клетки в ответ на различные поражения нервной ткани начинают делиться с последующей дифференцировкой в нервные клетки.

Что же нового дало открытие стволовых клеток во взрослом организме? Был сделан новый и очень важный вывод: стволовые клетки с высоким потенциалом к развитию сохраняются и во взрослом организме и, следовательно, дают большие возможности для восстановления при его повреждении. В ходе клеточного деления из стволовых клеток возникают материнская и дочерняя клетки. Материнские используются для самоподдержания популяции, а дочерние используются для процессов репарации. Стволовая клетка сохраняет свойства ранних эмбриональных клеток – плюрипотентность, то есть из нее при определенных условиях может образоваться клетка любой ткани организма [2, 3, 6].

1.4. Репаративная регенерация в современной медицине.

Ученые нашли немало работы для стволовых клеток и уже сейчас они применяются для восстановления и лечения организма. В настоящее время стволовые клетки уже используют для лечения рака крови, некоторых заболеваний нервной системы (рассеянный склероз), ревматоидный артрит и других заболеваний. В Санкт-Петербурге несколько лет назад открылся Центр имени Р. М. Горбачевой, а в Москве - Центр гематологии им. А.А.

Максимова, где используют методы лечения как собственными, так и донорскими стволовыми клетками. В Российском институте травматологии и ортопедии исследователи получают стволовые клетки из костного мозга. После 4-6 недель размножения в культуре их пересаживают в сустав, где они реконструируют хрящевые поверхности. Проходят клинические испытания методы лечения сахарного диабета и выращивания новых зубов.

Эффективно разработанные технологии трансплантации стволовых клеток могут полностью изменить нашу жизнь. Но это будущее, а сегодня у этой области знаний нет даже своего названия, только варианты: «клеточная терапия», «трансплантация стволовых клеток», «медицина регенерации», даже «инженерия тканевая» и «инженерия органная».

Недаром говорят, что XXI век пройдет под знаком биологии, и, возможно, опыт регенерации, сохраненный на протяжении миллионов лет земноводными и простейшими, поможет человечеству [3, 4, 6, 7].

Глава II

–  –  –

2.1. Характеристика материала и методов исследования.

Длительность эксперимента составила 52 календарных дня: с 20.08.11 по 10.10.11.

Для исследования скорости и характера регенерации хвостов у ящериц были пойманы две обыкновенные (прыткие) ящерицы, которым были присвоены номера и имена (рис.1, рис.2).

–  –  –

Рис. 2. Ящерица №2 (М). 20.08.2011.

На основании осмотра ящериц был сделан вывод, что ящерица №2 моложе (меньше длина и вес, более светлая окраска). У ящерицы №1, вероятно, уже происходила регенерация хвоста, о чем можно судить по более темной окраске кончика хвоста и наличию сужения на нем (Рис. 3). Эти различия были изучены и отмечены потому, что они могли повлиять на процесс регенерации. В остальном ящерицы находились в одинаковых условиях. В течение недели до купирования хвоста они наблюдались в условиях террариума объемом 60 литров с прозрачными стенками. В террариуме были созданы обычные условия их обитания: участки песка, камней, травы, водоем, ветки. Кроме того, в террариуме был установлен источник искусственного освещения, который включали в 8 часов и выключали в 18 часов. Ящерицы очень быстро адаптировались к новым условиям обитания, были подвижными, сохранили свой обычный суточный ритм и хороший аппетит. Кормили их один раз в день мотылем и специальным кормом «Tetra ReptoFrog», который ящерицы съедали без остатка за 15-20 минут.

–  –  –

В процессе работы использовано следующее экспериментальное оборудование:

террариум, лупа, линейка, фотоаппарат. Через определенные периоды выполнялось измерение длины хвостов с описанием их внешнего вида с занесением полученных данных в таблицы и последующим сравнительным анализом.

2.2. Купирование хвостов у ящериц.

После недельного периода адаптации было доказано, что обыкновенная ящерица хорошо приспосабливается к условиям содержания в неволе, остается активной, имеет хороший аппетит и сохраняет суточное чередование сна и бодрствования. На следующем этапе проведено купирование хвостов. Хвосты купированы следующим образом: тупым деревянным шпателем прижимали хвост на расстоянии 1,5 см от кончика хвоста, после чего ящерицы отбрасывали этот участок хвоста. Ящерицы вели себя спокойно, место отрыва сразу сокращалось, видимого кровотечения не было. Отброшенный участок хвоста активно двигался и изгибался в течение 5 минут самостоятельно (Рис. 3).

Рис. 4. Ящерица №1 после купирования хвоста.

С биологической точки зрения, активно двигающийся отброшенный хвост отвлекает хищника от самой ящерицы, которая в это время может спастись. Движения кончика хвоста можно объяснить хорошо развитой автономной нервной системой, которая при утрате связи с центральным нервным узлом, продолжает еще какое-то время посылать хаотические импульсы, вызывая сокращения мышц.

Этот этап эксперимента подтвердил способность отбрасывать хвост ящерицами в ответ на болевое раздражение. Ящерица отбрасывает хвост по позвонку, тело которого состоит из двух костных пластинок, соединенных хрящевой перемычкой, в этом месте и происходит перелом.

2.3. Наблюдение за регенерацией хвостов у ящериц.

Наблюдение за регенерацией хвостов заключалось в измерении длины хвостов и описании их внешнего вида. Измерения проводились при помощи миллиметровой линейки (рис. 5) в вечернее время, когда ящерицы становились более спокойными.

–  –  –

У ящерицы № 2 при более высокой скорости роста хвоста происходили и более выраженные видимые изменения в области регенерации. Очень быстро (через 7 суток) кончик хвоста принял прежнюю заостренную форму. В это же время стали появляться более темные сегменты, количество и ширина которых увеличивались (рис. 6).

Рис. 6. Внешний вид регенератов у ящериц к окончанию эксперимента.

У ящерицы № 2 на фоне низкой скорости роста хвоста мы не наблюдали его заострения. Кончик хвоста остался закругленной формы, было отмечено всего два кольца регенерации, которые к концу наблюдения стали утолщаться, но практически не увеличивались в ширину (рис. 6).

Таким образом, на третьем этапе эксперимента мы подтвердили возможность регенерации отброшенного хвоста у ящериц обыкновенных. Было также показано, что скорость регенерации может различаться. В нашем случае на нее повлияли возраст: ящерица №1 по внешнему виду была старше ящерицы №2. На скорость и характер регенерации влияют перенесенные ранее травмы и уже произошедшая регенерация, видимые признаки которой мы наблюдали у ящерицы №1. Зависимость регенерации от влияния окружающей среды мы не оценивали, так как ящерицы находились в одинаковых условиях. Но можно предположить, что неблагоприятные условия обитания, недостаточное питание также отрицательно повлияют на скорость и характер регенерации.

Выводы

1. Процессы регенерации имеют большие межвидовые и внутривидовые различия.

2. Внутри вида регенерация зависит от возраста и состояния организма (наличие травм и эпизодов регенерации в прошлом).

3. Возможности применения регенерации в медицине зависят от умения управлять стволовыми клетками.

4. Современная регенеративная медицина позволяет лечить многие заболевания и является одной из наиболее перспективных отраслей на стыке медицины и биологии.

Заключение Результаты проведенной работы наглядно показали возможности регенерации, её зависимость от возраста, состояния организма. В процессе анализа литературы получены новые знания о современном состоянии проблемы. Практическая значимость работы заключается в том, что полученные теоретические и экспериментальные данные можно использовать на уроках биологии, занятиях биологического кружка, элективных курсах по биологии.

Когда-нибудь человек научится изменять клетки в нужных местах организма так, чтобы регенерация и иммунная система не противостояли, а дополняли друг друга. И это будет замечательно. Никаких протезов, очков, шрамов, лысин, зубных коронок... А также дырок в коре головного мозга, эмфизем в легких, расширенных вен и тромбов, инвалидных колясок и костылей. Жизнь человека должна быть не только долгой, но и полноценной.

<

Литература

1. Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития. - М.: МГУ, 2002. - 262 с.

2. Корочкин Л.И. Проблема стволовых клеток // Онтогенез. – М., 2003. - Т.34. - №3. – С.164-166.

3. Корочкин Л.И. Что такое стволовые клетки // Природа. - М.: Наука, 2005. - № 6. – С. 3-12.

4. Мэттсон П. Регенерация – настоящее и будущее / пер. с англ. А.Л.Лиознера; под ред. И с послесл. А.Г.Бабаевой. – М.: Мир, 1982.- 175с.

5. Пехов А.П. Биология с основами экологии / учебник для вузов – 2-е изд., испр. И доп. – Спб.: Лань, 2004. – С. 79 – 104.

6. Репин В.С., Ржанинова А.А., Шаменков Д.А. Эмбриональные стволовые клетки:

фундаментальная биология и медицина. - М.: Наука, 2002. – С. 7-14.

7. Репин В.С., Сухих Г.Т. Медицинская клеточная биология. - М.:БЭБиМ, 1998. – С.

23-47.



Похожие работы:

«МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ С. В. Зеленцов, Научно-технический кандидат сельскохозяйственных наук бюллетень В. С. Петибская, Всероссийского научно-исследовательского кандидат биологических наук института масличных...»

«ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА, 2015, T. 14, № 3, с. 81–98 УДК 57.042 ЭКРАНИРОВАНИЕ В БИОЛОГИИ И БИОФИЗИКЕ: МЕТОДОЛОГИЯ, ДОЗИМЕТРИЯ, ИНТЕРПРЕТАЦИЯ © 2015 г. Б.М. Владимирский, Н.А. Темурьянц Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского, г. Симферополь, Республика Крым, Россия Представлен обзор междисциплинарной л...»

«ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Учебная ознакомительная практика студентов II курса, специализирующихся на кафедре молекулярной биологии, является составной частью учебного процесса и направлена на подготовку квалифицированных специалистов в области молекулярной биологии. Целью уч...»

«Проект Программа работы Фестиваля технологий, экопродукции и услуг для гармоничной жизни "ЭкоСезон-2017" 18 – 20 августа 2017 года с 10-00 до 20-00 г. Омск, выставочный парк на Королева, 20 18 августа 2017 года (пятница) Работа молодежного экологического форума "Экофест "Пикник" 10.00...»

«1 Зелная палочка. №2 Февраль 2013 МБОУ—гимназия №3 г. Тулы МБОУ— 2013 год объявлен Президентом Российской Федерации Годом охраны окружающей среды. Однако вопросами охраны окружающей среды нужно заниматься не только в специальный год, а ежедневно и ежечасно. Это большая задача, связанная с обеспечением экологической б...»

«Правила оформления статей для публикации в журнале"Владикавказский медико-биологический вестник" К публикации в журнале "ВМБВ" принимаются оригинальные статьи на русском или английском языках,...»

«206 Matters of Russian and International Law. 2017, Vol. 7, Is. 4A УДК 349.6 Publishing House ANALITIKA RODIS ( analitikarodis@yandex.ru ) http://publishing-vak.ru/ Механизм возникновения права пользо...»








 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.