Общие закономерности роста и развития

4





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 — 7-10 лет — 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 20-25 годам.

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 различия в 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.