Регенерація у рослин
| Категорія: Біологія Тип: Реферат Розмір: 48кб. завантажити |
Регенерація (від пізньолат. regeneratio - відродження, поновлення) в біології, відновлення організмом втрачених або пошкоджених органів і тканин, а також відновлення цілого організму з його частини. Регенерація спостерігається у природних умовах, а також може бути викликана експериментально. Деякі тварини здатні відновлювати втрачені частини тіла.
Можливості регенерації були описані ще X VIII столітті, але досі залишається загадкою, як відбувається цей процес. Вчені поцікавилися, чи може людина відновлювати втрачені тканини, і яку роль можуть грати в цьому стовбурові клітини.
Регенерація у рослин може відбуватися дома втраченої частини ( реституція ) чи іншому місці тіла ( репродукція ). Весняне відновлення листя опалого восени - природна регенерація типу репродукції. Зазвичай під регенерацією розуміють лише відновлення насильно втрачених частин. При такій регенерації організм насамперед використовує основні шляхи нормального розвитку. Тому регенерація органів у рослин відбувається переважно шляхом репродукції: відібрані органи компенсуються розвитком існуючих або новостворених метамерних закладень. Так, при відрізанні верхівки пагона посилено розвиваються бічні пагони. Рослини або їх частини, що розвиваються не метамерно, легко регенерують шляхом реституції, як і ділянки тканин. Наприклад, поверхня поранення може покритися так званою рановою перидермою; рана на стовбурі або гілці може зарубцюватись напливами. Розмноження рослин живцями - найпростіший випадок регенерації, коли з невеликої вегетативної частини відновлюється цілерослина.
Широко поширена регенерація і з відрізків кореня, кореневища чи слані. Можна виростити рослини з листя живців, шматочків листа (наприклад, у бегоній). У деяких рослин вдавалася регенерація із ізольованих клітин і навіть із окремих ізольованих протопластів, а деяких видів сифонових водоростей - з невеликих ділянок їх багатоядерної протоплазми. Молодий вік рослини зазвичай сприяє регенерації, але на ранніх стадіях онтогенезу 1 орган може виявитися нездатним до регенерації. Як біологічний пристрій, що забезпечує заростання ран, відновлення випадково втрачених органів, а нерідко і вегетативне розмноження, регенерація має велике значення для рослинництва, плодівництва, лісівництва, декоративного садівництва та ін. Вона дає матеріал і для вирішення низки теоретичних проблем, у тому числі і проблем розвитку організму.
2. Регенерація у тварин
Регенерація у тварин - утворення нових структур замість видалених або загиблих внаслідок пошкодження (репаративна регенерація) або втрачених у процесі нормальної життєдіяльності (фізіологічна регенерація); вторинне розвиток, викликане втратою розвиненого раніше органу. Регенеруючий орган може мати таку ж будову, як віддалений, відрізнятися від нього або зовсім не бути схожим на нього (атипова регенерація).
Термін "регенерація" запропонований в 1712 французьким вченим Р. Реомюр, що вивчав регенерацію ніг річкового раку. У багатьох безхребетних можлива регенерація цілого організму зі шматочка тіла. У високоорганізованих тварин це неможливо – регенерують лише окремі органи чи їх частини. Регенерація може відбуватися шляхом зростання тканин на рановій поверхні, перебудови частини органу в новийабо шляхом зростання залишку органу без зміни його форми.
2.1 Як це буває
Смугастий скунс бродить лісом. Він хоче їсти. Зазвичай він харчується комахами, але сьогодні він вистежив саламандру. Їй вдається вислизнути, вона пірнає у воду, але від хвоста залишився обрубок, саламандра стала вдвічі коротшою. Їй завдано жахливу рану. Але мине кілька тижнів і у неї виросте новий хвіст! Це – регенерація!
Ця тварина під мікроскопом називається гідра 3 . Вони незмінні вже сотні мільйонів років.
Гідри можуть розмножуватися брунькуванням 4 . Тому вони є так довго. Це жива копалина, яка зустрічалася ще 700 млн. років тому. Гідри мають виключно високу здатність до регенерації.
Середина 18 ст. Трамблі Абраам 5 зробив відкриття. Вивчаючи гідру, він відкрив явище регенерації цілого організму з його частини. З маси клітин виходить ціла тварина! Чи можна повторити цей експеримент? Легко!
Якщо двох гідр розрізати навпіл, то зрозуміло, що отримаємо 4 шматочки. Через три дні з'являється нова голова кожного шматочка, і в результаті, замість двох гідро маємо чотири. Гідра відтворює другу половину тіла. До цього часу не зрозуміло, як це відбувається!
Стовбурові клітини 6 забезпечують відновлення пошкоджених ділянок органів та тканин. У гідри з віком ця здатність не втрачається. У гідри все відбувається так, ніби ми маємо справу з вічним ембріоном 7 . Гідра перша така тварина, але не єдина. Наприклад, корали, морські лілії.
До відкриття Трамблі було відомо лише про часткову регенерацію. Краби та омари обламують клешню, яка відновлюється. На суші – ящірки. Клітини у місці ампутації запрограмовані на регенерацію втраченого. Але там немає стовбурових клітин. Вони не потрібні для частковоїрегенерації.
Ще один приклад. Планарії 8 зазвичай живуть у прісних водоймах. Вони мають нервову систему. У цій лабораторії вивчаються планарії. Розрізи роблять у ділянці хвоста, голови, шиї та тулуба. Шматочки поміщають у 4 судини. Щоразу відбувається дивовижний процес. Через деякий час з кожного шматочка з'являється нова незалежна істота! На кожному місці розрізу у планарії утворюються стволові клітини! Однак, у гідри стовбурові клітини розташовані всередині тіла (тому гідру розрізали посередині), а у планарії стовбурові клітини розташовані по всьому тілу.
Продовжуються досліди з планарією. Вчений відсікає планарії голову і робить поздовжній розріз. Через певний період відбувається наступне. Вийшла планарія із двома головами. Є опис планарії з 10-ма головами!
Регенерація лапок у жаб! У принципі, у природі зустрічаються жаби з додатковими лапками. Ці жаби – не унікальні. Багато століть були випадки появи таких монстрів.
Але як бути із зайвими лапками? Аксолотль 9 – родичі саламандр. Готується операція. Ампутують лапку та зберігають для вивчення. Тварину поміщають в акваріум, вона дихає зябрами. У аксолотлі відростає нова лапка, як ведеться, з чотирма пальцями!
Регенерація кінцівки саламандри відбувається, оскільки клітини навколо ранки стають стовбуровими (хоча вони були такими до ампутації). Тритон 10 . У нього відновлюються щелепи та очі.
Аксолотль. Ще один експеримент. У лапці роблять надріз, з нього витягують нерв і обертають шматочком шкіри та виростає ще одна кінцівка. Чому відновлюється лапка, яка не була втрачена?
В наш час можна працювати генетично. 10 років тому така робота не була б можливою. Вчені прагнуть виділитигени, що відповідають за регенерацію. За сучасних технологій один учений може досліджувати 40 000 генів. Ген PIWI необхідний регенерації, але є і в людини. Гени планарії на 67% збігаються із генами людини.
3. Регенерація у людини
Деякі тварини здатні відновлювати втрачені частини тіла. А чи може людина відновлювати втрачені органи?
Регенерація у людини (як і у тварин) - утворення нових структур замість видалених або загиблих внаслідок пошкодження (репаративна регенерація) або втрачених у процесі нормальної життєдіяльності (фізіологічна регенерація); вторинне розвиток, викликане втратою розвиненого раніше органу.
Уявлення про ослаблення здатності до регенерації з підвищенням організації тварин помилково, т.к. процес регенерації залежить лише від рівня організації тварини, а й багатьох інших чинників і характеризується значною мінливістю. Неправильно також твердження, що здатність до регенерації закономірно знижується з віком; вона може й підвищуватись у процесі онтогенезу, але в період старості часто спостерігають її зниження.
За останню чверть століття показано, що, хоча у ссавців і людини цілі зовнішні органи не регенерують, внутрішні органи, а також м'язи, скелет, шкіра здатні до регенерації, яку вивчають на органному, тканинному, клітинному та субклітинному рівнях.
Розробка методів посилення (стимуляції) слабкої та відновлення втраченої здатності до регенерації наблизить вчення про регенерацію до медицини.
3.1 Регенерація у медицині
Розрізняють фізіологічну, репаративну та патологічну регенерацію. При травмах та інших патологічних станах, що супроводжуються масовою загибеллю клітин,відновлення тканин здійснюється рахунок репаративної (відновлювальної) регенерації.
Якщо в процесі репаративної регенерації втрачена частина заміщається рівноцінною, спеціалізованою тканиною, говорять про повну регенерацію (реституцію); якщо на місці дефекту розростається неспеціалізована сполучна тканина, - про неповну регенерацію (субституцію або загоєння за допомогою рубцювання). У ряді випадків при субституції функція відновлюється рахунок інтенсивного новоутворення тканини (аналогічної загиблої) в неушкодженої частини органа. Це новоутворення відбувається шляхом або посиленого розмноження клітин, або рахунок внутрішньоклітинної регенерації - відновлення субклітинних структур при незміненому числі клітин (серцевий м'яз, нервова тканина).
Вік, особливості обміну речовин, стан нервової та ендокринної систем, харчування, інтенсивність кровообігу у пошкодженій тканині, супутні захворювання можуть послабити, посилити чи якісно змінити процес регенерації. У деяких випадках це призводить до патологічної регенерації. Її прояви: виразки, що тривало не гояться, порушення зрощення переломів кісток, надмірні розростання тканин або перехід одного типу тканини в інший.
Лікувальні впливи на процес регенерації полягають у стимуляції повної та запобігання патологічній регенерації.
А що якби люди могли регенерувати втрачені частини тіла! Але річ у тому, що печінка може регенерувати! Що сприяє цьому? Але це не стовбурові клітини, клітини печінки - не стовбурові, хоча вони можуть швидко розмножуватися, як тільки отримано пошкодження печінки.
У цього пацієнта разом із пухлиною видалили 60% печінки. Через місяць вона регенерувала недостатню частину. Можна видалити 70% печінки, і вона регенерує.
Проте чи всі частини тіла людини можуть регенерувати. Наприклад, нова нога, на жаль, не може відрости!
Чи навчимося ми відновлювати кінцівки? Адже шкіра здатна відновлюватися. Можна уникнути шрамів (є спеціальні методики).
Лікування цукрового діабету. Ця хвороба обміну речовин, обумовлена ??недоліком в організмі інсуліну 11 . Тому хворому робляться ін'єкції інсуліну. Потрібно стимулювати регенерацію клітин, що виробляють інсулін. Поки що результати досліджень нестабільні, адже 150 млн. людей у світі страждає на діабет!
Можливо, регенерація тканин – крок до чогось більшого і на нас чекає революція в медицині, яка змінить все життя людини. Сотні млн. доларів витрачаються вивчення регенерації. 10 років тому така робота не була б можливою. Нині працюють на генетичному рівні. Вчені можуть виділити гени, які відповідають за регенерацію.
Яку роль у відновленні втрачених тканин можуть грати стовбурові клітини? Стовбурові клітини перебувають у центрі уваги вчених.
Фірма спеціалізується на зберіганні пуповин новонароджених дітей. Це джерело стовбурових клітин. Тут до пуповини ставляться, як до скарбу. Стовбурові клітини, що збереглися, мають потужний потенціал. Можливо, клітини з пуповини допоможуть вилікувати у майбутньому цю дитину від хвороб. Лейкемія, анемія. 3000 клієнтів у цьому банку пуповин. Немає гарантії, що пуповина виявиться корисною, але це шанс на порятунок у разі хвороби.
У дорослому організмі стовбурові клітини знаходяться в основному в кістковому мозку і, в дуже невеликих кількостях, у всіх органах і тканинах: у шкірі, м'язах, жирі, кишечнику, нервовій тканині і навіть сітківці ока. Нещодавно виявлено, що деякі клітини дорослого організму людини, мабуть, хочаб частково мають здатність породжувати стовбурові клітини, характерні для ембріона.
Дослідження продовжуються. Потрібно зрозуміти механізм процесу. Тоді можна буде лікувати різні дефекти.
Висновок
Як відбувається регенерація – поки що таємниця! Що потрібно, щоб клітина стала стовбуровою? За останні 10 років зроблено багато роботи. Йде посилений пошук генів, які відповідають за регенерацію! Настав час регенерації!
Донедавна люди не вірили, що таке можливе. У світі тварин здатність до регенерації – велика перевага. Ми поки що не маємо таких здібностей. Нам багато ще треба вчитися.
Література
1. Регенерація Матеріали надані проектом Рубрикон
2. Стовбурові клітини Матеріали надані проектом Рубрикон
3. Плоди освіти. "Регенерація" Документальний фільм (Франція, 2003). Режисер Жан-Марі Корнуель
4. Саламандри Матеріали надані проектом Рубрикон