§ 21. Формирование тканей и органов. Рост и регенерация

Определения и обозначения

Дифференцировка клеток — приобретение клетками особенностей строения и функций, необходимых для выполнения определённой работы. Например, одни клетки приспосабливаются к проведению сигналов, а другие — к сокращению. Это понятие объясняет, почему клетки одного организма могут быть непохожи друг на друга и образовывать разные ткани.

Ткань — совокупность клеток и межклеточного вещества, сходных по строению, происхождению и выполняемым функциям. Межклеточное вещество окружает клетки и может влиять на свойства ткани. Понятие ткани помогает описывать, как специализированные клетки объединяются для совместной работы.

Органогенез — образование органов из тканей в ходе развития организма. При этом ткани не просто находятся рядом: они взаимодействуют и участвуют в общей функции органа. Понятие органогенеза связывает развитие отдельных тканей с формированием целых частей тела.

Регенерация — восстановление утраченных или повреждённых клеток, тканей и частей организма. Она может включать деление сохранившихся клеток, их дальнейшую специализацию и восстановление связей между ними. Это понятие нужно, чтобы отличать ответ организма на повреждение от обычного роста.

Как это устроено

Развитие многих клеток начинается с деления клетки-предшественницы, а её потомки получают наследственную информацию. Однако клетки не обязательно используют её одинаково: в разных клетках активны разные участки наследственного материала. На работу генов влияют сигналы от соседних клеток и условия вокруг них, поэтому потомки постепенно приобретают разные свойства. Так возникает дифференцировка, благодаря которой клетки специализируются.

Когда клетки с общими особенностями и межклеточное вещество организованы для совместной работы, возникает ткань. В процессе развития клетки размножаются, меняют строение и занимают определённое положение относительно других клеток. Затем несколько тканей объединяются: каждая выполняет свою часть задачи, а их согласованная работа обеспечивает функцию органа. Такое образование органов из тканей называют органогенезом.

Наследственная информация задаёт возможности развития клетки, но сама по себе не определяет все её особенности в отрыве от окружения. Соседние клетки обмениваются сигналами, а контакт с межклеточным веществом также может влиять на их поведение. Поэтому клетки в разных частях зародыша или ткани получают неодинаковые сигналы и развиваются по-разному. Взаимодействие и наследственная информация вместе направляют специализацию клеток.

Организм растёт, когда увеличиваются размеры его частей и масса тканей. Для этого клетки могут делиться, становиться крупнее и затем развиваться, приобретая свойства зрелых клеток. Например, при удлинении костей подростка делятся клетки ростковых зон хряща, а образующаяся ткань постепенно сменяется костной. Значит, увеличение числа клеток и образование зрелых тканей важны наряду с увеличением размеров самих клеток.

Регенерация начинается после повреждения или утраты части организма. Сохранившиеся клетки могут делиться, а новые клетки — специализироваться и включаться в работу ткани; у некоторых организмов восстановление охватывает и более крупные части тела. Результат зависит от вида организма, типа ткани и способности её клеток размножаться. Поэтому повреждённые ткани восстанавливаются неодинаково, а восстановление может быть частичным.

Сравнение роста и регенерации

Сначала сравните, что запускает каждый процесс: обычное развитие организма или повреждение. Затем сопоставьте клеточные процессы и результат. Некоторые механизмы, например деление и специализация клеток, могут участвовать в обоих случаях, но их итоговая задача различна.

Разбор задач

1. Специализация клеток

Условие. После деления клетки-предшественницы образовались клетки с разным строением. Нужно объяснить, какой процесс привёл к их специализации. Само деление увеличило число клеток, но не объясняет, почему их строение стало различаться. Для ответа нужно связать особенности клеток с изменением их функций.

1. Определяем, что потомки одной клетки приобрели разные особенности строения.
2. Вспоминаем, что приобретение клетками свойств для определённой работы называется дифференцировкой.
3. Учитываем, что на развитие клеток влияют наследственная информация и сигналы из клеточного окружения.

Ответ. Клетки специализировались в результате дифференцировки. Деление создало потомков клетки-предшественницы, а их последующее развитие привело к различиям в строении и функциях.

2. Удлинение костей

Условие. У подростка увеличивается длина костей. Нужно назвать процессы, которые обеспечивают рост, и объяснить, почему его нельзя свести только к увеличению размеров клеток. Для ответа проследим, что происходит с клетками ростковой зоны и тканью. Важно связать деление с дальнейшим развитием клеток.

1. В ростковой зоне делятся клетки хрящевой ткани, поэтому их число увеличивается.
2. Образовавшиеся клетки растут и развиваются, а ткань в этой зоне постепенно сменяется костной.
3. Сложение этих процессов приводит к удлинению кости, а не только к увеличению отдельных клеток.

Ответ. Рост кости обеспечивается делением клеток, увеличением их размеров и развитием тканей. Это не сводится к укрупнению клеток: для удлинения кости образуются новые клетки, которые затем участвуют в формировании ткани.

3. Восстановление повреждённой ткани

Условие. После повреждения часть клеток погибла, но со временем структура и работа ткани частично восстановились. Нужно объяснить клеточные процессы и отличить восстановление от обычного роста. Исходное событие здесь — повреждение, а результатом стало частичное возвращение функций ткани. Это позволяет определить регенерацию.

1. После гибели части клеток сохранившиеся клетки могут делиться и восполнять их число.
2. Новые клетки развиваются и специализируются, а тканевые связи восстанавливаются.
3. Сравниваем цель процессов: рост увеличивает организм или его части, регенерация отвечает на повреждение и восстанавливает утраченные элементы.

Ответ. В восстановлении участвуют деление сохранившихся клеток, их специализация и включение в ткань. Это регенерация, а не обычный рост, потому что процесс вызван повреждением и направлен на частичное восстановление структуры и работы ткани.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что все клетки организма одинаковы. Такое представление возникает, если помнить лишь об общей наследственной информации и не учитывать развитие клеток. Проверьте себя: спросите, выполняют ли, например, нервная и мышечная клетки одинаковую работу. Различия возникают при дифференцировке.

Ошибка: путать ткань и орган. Их смешивают, потому что оба уровня состоят из клеток и связаны с функциями организма. Проверьте себя: ткань объединяет сходные клетки и межклеточное вещество, а орган включает несколько тканей, работающих вместе. Поэтому орган нельзя считать просто одной тканью.

Ошибка: сводить рост только к увеличению размеров клеток. Так думают, когда представляют рост как простое «разрастание» уже имеющихся клеток. Проверьте себя: спросите, может ли увеличиться число клеток; деление показывает, что может. Рост также включает развитие новых клеток и тканей.

Ошибка: считать, что регенерация всегда полная и одинаковая у всех организмов. Такое ожидание возникает, если принимать восстановление за обязательное возвращение исходного состояния. Проверьте себя: уточните, какой организм и какая ткань повреждены. Возможности регенерации различаются, а восстановление может быть частичным.

Связь с другими темами

Чтобы понять формирование тканей и органов, нужно знать строение клетки и то, как происходит деление клеток: из делящихся клеток возникают потомки, которые могут развиваться по-разному. Полезно также помнить об уровнях организации организма — от клетки к ткани, органу и целому организму. Эта тема помогает объяснить развитие организма, обновление тканей и заживление повреждений. Знания о регенерации показывают, почему восстановление после травмы зависит от особенностей организма и ткани.

Что запомнить

• Дифференцировка делает клетки специализированными.
• Ткани состоят из клеток и межклеточного вещества.
• Органы образуются из нескольких тканей.
• Рост связан с увеличением размеров и числа клеток.
• Регенерация восстанавливает повреждённые или утраченные части организма.
• Способность к регенерации у разных тканей неодинакова.