Ткань. Виды тканей у растений
Все живые организмы разделяются на две группы: одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной клетки, в которой протекают все процессы жизнедеятельности. Тело многоклеточных организмов состоит из множества клеток.
Группу клеток, сходных по строению и выполняющих одинаковые функции, называют тканью. Наука, изучающая ткани, называется гистология.
Но не все клетки одинаковы. Клетки имеют разную форму и строение, а также выполняют различные функции. Например, есть клетки, которые плотно прилегают друг к другу. Они имеют утолщённые оболочки. Эти клетки защищают растения от неблагоприятных условий внешней среды. Клетки, находящиеся внутри стебля, имеют вид длинных трубочек, по ним передвигаются питательные вещества. Есть клетки, которые обеспечивают запас питательных веществ и многие другие функции.
Выделяют несколько видов растительных тканей: образовательные, основные, проводящие, механические и покровные.
Клетки образовательных тканей имеют небольшие размеры, тонкую оболочку и относительно крупное ядро, но не имеют вакуолей и хлоропластов. Клетки постоянно делятся. Элементом образовательной ткани являются камбий, меристема кончика корня. Образовательные ткани обеспечивают рост растения и дают начало другим тканям.
Основная ткань, или паренхима, занимает пространство между покровными, механическими и проводящими тканями. Она занимает большую часть тела растения. Различают несколько видов этой ткани в зависимости от того, какую функцию выполняют её клетки.
1) Ассимиляционная паренхима заполняет мякоть листа, находится в некоторых клетках коры стебля. Клетки имеют тонкие стенки и большое количество хлоропластов. Ассимиляционная паренхима обеспечивает фотосинтез.
2) Запасающая паренхима представлена округлыми или многоугольными клетками, оболочка которых часто утолщается, много межклетников. Служит хранилищем запасных питательных веществ (сахара, белков и крахмала).
3) Воздухоносная паренхима имеется у водных и болотных растений. Клетки расположены рыхло и содержат много межклетников. Основная функция – накопление воздуха в межклетниках.
Проводящие ткани состоят клеток, в которых отсутствует ядро. Они обеспечивают передвижение по растению воды, питательных веществ и продуктов жизнедеятельности, растворённых в воде.
Механические ткани образованы волокнами луба и древесины. Они образованы группами клеток с утолщёнными оболочками. У некоторых клеток оболочки одревесневают.
Покровные ткани разделяются на три группы: эпидермис, пробка и корка.
Эпидермис покрывает листья, молодые стебли, лепестки цветков и плоды. Он состоит из одного слоя живых, плотно прижатых друг к другу клеток, между которыми расположены устьица. Наружные оболочки клеток эпидермиса часто утолщены и покрыты слоем воска.
У деревьев и кустарников к осени молодые стебли из зелёных становятся коричневыми. Это связано с тем, что растения готовятся к зиме и эпидермис сменяется более прочной покровной тканью — пробкой. Утолщённые оболочки клеток пробки со временем становятся непроницаемыми для воды и газов. При этом содержимое клеток отмирает.
У большинства деревьев через несколько лет на стволах начинает появляться еще более надёжная многослойная покровная ткань — корка. Она состоит из отмерших тканей. Примером может служить берёза, у которой белая пробка (береста) сменяется чёрной коркой с трещинами. Корка защищает стволы от резких смен температуры, повреждений животными.
Ткани растений и их виды. — Kid-mama
Ткань — это группа клеток, сходных по происхождению, строению и приспособленных для выполнения одной или нескольких функций.
У высших растений выделяют следующие виды тканей:
- Образовательные
- Покровные
- Механические
- Проводящие
- Основные
- Выделительные
Образовательная ткань (меристема)
Из клеток этой ткани образуются все остальные виды тканей растения.
Клетки образовательной ткани плотно сомкнуты друг с другом, здесь нет межклетников. Клетки имеют очень тонкую оболочку, густую цитоплазму и большое ядро. Вакуоли слабо развиты. Клетки образовательной ткани способны многократно делиться путем митоза.
Из этого вида клеток на ранней стадии состоит весь зародыш растения. В последующем клетки образовательной ткани превращаются в клетки других тканей.
У взрослого растения образовательная ткань находится:
- На верхушках корней и стеблей, обеспечивая рост этих органов в длину — это верхушечная образовательная ткань
- Внутри стебля, обеспечивая его нарастание в толщину (камбий) — это боковая образовательная ткань.
Покровная ткань
Покровные ткани служат для защиты растения от неблагоприятных факторов внешней среды — механических повреждений, излишнего испарения воды, резких колебаний температуры, проникновения микробов и грибов, поедания животными и т.д.
Выделяют несколько видов покровных тканей:
- Кожица (эпидерма)
- Пробка (перидерма)
- Корка
Кожица
Кожица покрывает листья, зеленые однолетние стебли, части цветка. Ее клетки живые, плотно сомкнутые, имеют плотную оболочку, и обычно располагаются в один слой, образуя эластичный чехол, защищающий внутренние ткани растения. Снаружи клетки кожицы покрыты кутикулой — пленкой жироподобного вещества. Листья и плоды многих растений бывают покрыты восковым налетом, который, как и кутикула, вырабатывается клетками кожицы.
Кроме того, на кожице часто имеются многочисленные волоски, образованные разрастанием ее клеток. Волоски бывают живые и мертвые, одно- и двухклеточные, простые и железистые. Пушок, образованный волосками. защищает растение от излишних потерь воды.
В эпидерме имеются отверстия — устьица, окаймленные двумя полулунными клетками. Через устьица происходит газообмен и испарение воды.
Пробка (перидерма)
Пробка представляет собой слой мертвых клеток с толстыми оболочками, пропитанными особым жироподобным веществом — суберином. Оболочки не пропускают в клетки воздух и воду, поэтому их цитоплазма и ядро отмирают. Пробка образуется под кожицей при делении ее клеток, и покрывает стебли и корни многолетних растений, защищая их от неблагоприятных воздействий окружающей среды. После образования пробки кожица отмирает и слущивается.
Для дыхания нижележащих тканей в пробке есть отверстия — чечевички, выглядящие как бугорки, заполненные рыхлой тканью. Дно чечевичек выстлано слоем замыкающих клеток, которые к осени уплотняются и «закрывают» чечевичку.
Внешне чечевички выглядят как штрихи, бугорки или бородавки на стволе дерева:
Корка
Корка — еще более прочная защитная ткань для растения, она покрывает старые ветки и корни деревьев и кустарников.
В корке пробка образуется не только на поверхности, но и в более глубоких слоях, при этом вышележащие слои отмирают.
Корка состоит из чередующихся слоев пробки (2) и других мертвых тканей (1).
Для дыхания в корке образуются трещины, на дне которых имеются чечевички.
Механические ткани
Механические ткани служат для придания растению прочности и составляют как бы каркас растения. Выделяют два основных вида механических тканей :
- лубяные волокна
- древесные волокна
Клетки механических тканей вытянуты, и имеют равномерно утолщенные оболочки — целлюлозные или одревесневшие.
Благодаря наличию механической ткани растения противостоят дождю и ветру, выдерживают жару и холод, не ломаются под тяжестью листьев и плодов.
Проводящие ткани
Проводящие ткани служат для транспорта воды с растворенными в ней веществами. У высших растений существует два потока, и соответственно две транспортные системы:
- восходящая — от корней — к другим органам растения
- нисходящая — от листьев — ко всем остальным органам .
От корней вверх подается вода с растворенными в ней минеральными веществами. Она идет по трахеидам и сосудам.
И трахеиды, и сосуды — это вытянутые вдоль оси органа полые мертвые клетки с неравномерно утолщенными или одревесневшими оболочками , сообщающиеся между собой с помощью отверстий, только в трахеидах отверстия прикрыты полупроницаемой пленкой, через которую медленно просачивается вода путем осмоса, а в сосудах эти пленки разрушены, и поэтому ток воды значительно быстрее. Сосуды более совершенные , чем трахеиды, водопроводные элементы.
От листьев оттекает вода с растворенными в ней органическими веществами — продуктами фотосинтеза. Это нисходящий ток , и он идет по ситовидным трубкам.
Ситовидная трубка образована живыми клетками, расположенными друг над другом. Поперечные перегородки между ними продырявлены как сито, и цитоплазма свободно перетекает из клетки в клетку. Ядра и некоторые органоиды в клетках ситовидных трубок разрушаются. Рядом с ситовидными трубками находятся клетки-спутницы с ядрами.
Ксилема и флоэма
Трахеиды и сосуды, окруженные древесными волокнами, называются «древесиной», или ксилемой.
Ситовидные трубки с клетками-спутницами, окруженные лубяными волокнами, называются «луб», или флоэма.
Древесина и луб вместе, окруженные механической тканью, называются сосудисто-волокнистыми пучками. Эти пучки, как кровеносная сеть, пронизывают все растение, соединяя его в одно целое.
Основная ткань (паренхима)
Основная ткань составляет большую часть массы растения, являясь основой всех органов. В паренхиму погружены все остальные виды тканей. Эта ткань живая, и может выполнять различные функции, в связи с чем выделяют несколько видов основной ткани:
- ассимиляционная
- запасающая
- водоносная
- воздухоносная
Ассимиляционная паренхима — фотосинтезирующая, и составляет основу листьев и других зеленых частей растения. В ней идет синтез органических веществ.
Запасающая паренхима состоит из тонкостенных клеток с большими вакуолями. заполненными углеводами, белками, жирами. Она хорошо развита в плодах, семенах. клубнях,луковицах. корнеплодах
Водоносная паренхима , запасающая воду, встречается у растений пустыни — кактусов и др.
Воздухоносная паренхима — рыхлая ткань из клеток с тонкими стенками, между которыми имеются крупные воздухоносные межклеточные пространства, сообщающиеся через устьица или чечевички с атмосферой. Такая ткань хорошо развита у водных и болотных растений, испытывающих недостаток кислорода, например, в корнях риса.
Выделительные ткани
Выделительные ткани делятся на два вида:
Ткани внутренней секреции — млечники, смоляные ходы хвойных растений, Эфирно-масличные ходы цитрусовых.
Ткани наружной секреции — железистые волоски, нектарники, осмофоры, придающие аромат цветкам.
Ответ § 9. Ткани растений и их виды
Задание 1. Заполните таблицу «Ткани и их функции».
- Ответ:
-
Название ткани Особенности строения Выполняемые функции Образовательная Состоит из клеток После деления преобразуется в клетки других тканей Основная Находится в мякоти листа Создает и накапливает вещества Покровная Тонкая и прозрачная Защищает снаружи органы растения Проводящая Поры и сквозные отверстия Передвижение растворенных питательных веществ по растению Механическая Прочная стенка Противостояние механическим нагрузкам (порыв ветра)
Задание 2. Назовите сновные ткани растений. Кратко объясните назначение (функции) каждой ткани.
- Ответ: Образовательная ткань — деление клеток и образование новых тканей. Основная — создание и накопление веществ. Покровная — защищает. Проводящая — передвижение питательных веществ. Механическая — противостояние механическим нагрузкам.
Задание 3. Ответьте на вопросы: 1) Какую роль в жизни раститения выполняют межклетники? 2) Каким образом клетки растений образуют различные типы тканей? 3) Зависит ли жизнедеятельность всего организма растения от жизнедеятельности клеток? Постарайтесь доказать свое мнение.
- Ответ: 1) Межклетники — пространства, возникающие в тканях растения при разъединении, разрушении или отмирании соседних клеток. Соединяясь они образуют систему полостей и ходов, сообщающихся с внешней средой через устьица и другие отверстия в покровных тканях. 2) Любые клетки образуют ткани плотно прилегая друг к другу и при помощи межклеточного вещества. 3) Зависит, ведь в клетках происходят многие реакции, от которых зависит жизнедеятельность всего организма.
Функции и виды тканей (биология)
Тело многих живых организмов состоит из тканей. Исключениями являются все одноклеточные, а также некоторые многоклеточные, к примеру, низшие растения, к которым относятся водоросли, а также лишайники. В этой статье мы рассмотрим виды тканей. Биология изучает данную тему, а именно ее раздел — гистология. Название этой отрасли происходит от греческих слов «ткань» и «знание». Существуют очень многие виды тканей. Биология изучает и растительные, и животные. Они имеют существенные различия. Ткани, виды тканей биология изучает довольно давно. Впервые они описывались даже такими древними учеными, как Аристотель и Авиценна. Ткани, виды тканей биология продолжает изучать и дальше — в ХІХ веке их исследовали такие известные ученые, как Мольденгауэр, Мирбель, Гартиг и другие. С их участием были открыты новые типы совокупностей клеток, изучены их функции.
Виды тканей — биология
Прежде всего следует отметить, что ткани, которые свойственны растениям, не характерны для животных. Поэтому виды тканей биология может разделить на две большие группы: растительные и животные. Обе объединяют большое количество разновидностей. Их мы далее и рассмотрим.
Виды животных тканей
Начнем с того, что нам ближе. Так как мы относимся к царству Животные, наш организм состоит именно из тканей, разновидности которых сейчас будут описаны. Виды животных тканей можно объединить в четыре большие группы: эпителиальная, мышечная, соединительная и нервная. Первые три подразделяются на множество разновидностей. Только последняя группа представлена лишь одним типом. Далее рассмотрим все виды тканей, строение и функции, которые им характерны, по порядку.
Нервная ткань
Так как она бывает только одной разновидности, начнем с нее. Клетки данной ткани называются нейронами. Каждый из них состоит из тела, аксона и дендритов. Последние — это отростки, по которым электрический импульс передается от клетки к клетке. Аксон у нейрона один — это длинный отросток, дендритов несколько, они более мелкие, чем первый. В теле клетки находится ядро. Кроме того, в цитоплазме расположены так называемые тельца Ниссля — аналог эндоплазматического ретикуллума, митохондрии, которые вырабатывают энергию, а также нейротрубочки, которые участвуют в проведении импульса от одной клетки к другой.
В зависимости от своих функций нейроны разделяются на несколько типов. Первый вид — сенсорные, или афферентные. Они проводят импульс от органов чувств к головному мозгу. Второй тип нейронов — ассоциативные, или переключающие. Они анализируют информацию, которая поступила от органов чувств, и вырабатывают ответный импульс. Такого виды нейроны находятся в головном и спинном мозге. Последняя разновидность — двигательные, или эфферентные. Они проводят импульс от ассоциативных нейронов к органам. Также в нервной ткани есть межклеточное вещество. Оно выполняет очень важные функции, а именно обеспечивает фиксированное расположение нейронов в пространстве, участвует в выведении из клетки ненужных веществ.
Эпителиальная
Это такие виды тканей, клетки которых плотно прилегают друг к другу. Они могут иметь разнообразную форму, но всегда расположены близко. Все различные виды тканей данной группы имеют сходство и в том, что межклеточного вещества в них мало. Оно в основном представлено в виде жидкости, в некоторых случаях его может и не быть. Это виды тканей организма, которые обеспечивают его защиту, а также выполняют секреторную функцию.
Данная группа объединяет несколько разновидностей. Это плоский, цилиндрический, кубический, сенсорный, реснитчатый и железистый эпителий. Из названия каждого можно понять, из клеток какой формы они состоят. Разного типы эпителиальные ткани отличаются и своим расположением в организме. Так, плоский выстилает полости верхних органов пищеварительного тракта — ротовой полости и пищевода. Цилиндрический эпителий находится в желудке и кишечнике. Кубический можно найти в почечных канальцах. Сенсорный выстилает полость носа, на нем находятся специальные ворсинки, обеспечивающие восприятие запахов. Клетки реснитчатого эпителия, как понятно из его названия, обладают цитоплазматическими ресничками. Данная разновидность ткани выстилает дыхательные пути, которые находятся ниже носовой полости. Реснички, которые имеет каждая клетка, выполняют очистительную функцию — они в некоторой степени фильтруют воздух, который проходит по органам, укрытым этим видом эпителия. И последняя разновидность данной группы тканей — железистый эпителий. Его клетки выполняют секреторную функцию. Они находятся в железах, а также в полости некоторых органов, таких как желудок. Клетки данного вида эпителия вырабатывают гормоны, ушную серу, желудочный сок, молоко, кожное сало и многие другие вещества.
Мышечные ткани
Данная группа подразделяется на три вида. Мышца бывает гладкая, поперечно-полосатая и сердечная. Все мышечные ткани похожи тем, что состоят из длинных клеток — волокон, в них содержится очень большое количество митохондрий, так как им необходимо много энергии для осуществления движений. Гладкая мышечная ткань выстилает полости внутренних органов. Сокращение таких мышц мы не можем контролировать сами, так как они иннервируются автономной нервной системой.
Клетки поперечно-полосатой мышечной ткани отличаются тем, что в них содержится больше митохондрий, чем в первой. Это объясняется тем, что им требуется больше энергии. Поперечно-полосатая мускулатура способна сокращаться значительно быстрее, чем гладкая. Из нее состоят скелетные мышцы. Они иннервируются соматической нервной системой, поэтому мы можем сознательно их контролировать. Мышечная сердечная ткань совмещает в себе некоторые характеристики первых двух. Она способна так же активно и быстро сокращаться, как поперечно-полосатая, но иннервируется автономной нервной системой, так же, как и гладкая.
Соединительные виды тканей и их функции
Все ткани этой группы характеризуются большим количеством межклеточного вещества. В некоторых случаях оно выступает в жидком агрегатном состоянии, в некоторых — в жидком, иногда — в виде аморфной массы. К этой группе принадлежат семь типов. Это плотная и рыхлая волокнистые, костная, хрящевая, ретикулярная, жировая, кровь. В первой разновидности преобладают волокна. Она расположена вокруг внутренних органов. Ее функции заключаются в придании им эластичности и их защите. В рыхлой волокнистой ткани аморфная масса преобладает над самими волокнами. Она полностью заполняет промежутки между внутренними органами, в то время как плотная волокнистая формирует только своеобразные оболочки вокруг последних. Она также играет защитную роль.
Костная и хрящевая ткани формируют скелет. Он выполняет в организме опорную функцию и отчасти защитную. В клетках и межклеточном веществе костной ткани преобладают неорганические вещества, в основном это фосфаты и соединения кальция. Обмен данных веществ между скелетом и кровью регулируют такие гормоны, как кальцитонин и паратиреотропин. Первый поддерживает нормальное состояние костей, участвуя в превращении ионов фосфора и кальция в органические соединения, запасаемые в скелете. А второй, наоборот, при недостатке этих ионов в крови провоцирует получение их из тканей скелета.
Кровь содержит много жидкого межклеточного вещества, оно называется плазмой. Ее клетки довольно своебразны. Они подразделяются на три типа: тромбоциты, эритроциты и лейкоциты. Первые отвечают за свертывание крови. Во время данного процесса формируется небольшой тромб, который предотвращает дальнейшую кровопотерю. Эритроциты отвечают за транспорт кислорода по организму и обеспечение им всех тканей и органов. На них могут находиться аглютиногены, которые существуют двух видов — А и В. В плазме крови возможно содержание аглютининов альфа или бета. Они являются антителами к аглютиногенам. По этим веществам и определяется группа крови. У первой группы на эритроцитах не наблюдается аглютиногенов, а в плазме находятся аглютинины двух видов сразу. Вторая группа обладает аглютиногеном А и аглютинином бета. Третья — В и альфа. В плазме четвертой нет аглютининов, но на эритроцитах находятся аглютиногены и А, и В. Если А встречается с альфа или В с бета, происходит так называемая реакция аглютинации, вследствие чего эритроциты погибают и образовываются тромбы. Такое может произойти, если перелить кровь несоответствующей группы. Учитывая, что при переливании используются только эритроциты (плазма отсеивается на одном из этапов обработки донорской крови), то человеку с первой группой можно переливать только кровь его же группы, со второй — кровь первой и второй группы, с третьей — первой и третьей группы, с четвертой — любой группы.
Также на эритроцитах могут находиться антигены D, что определяет резус-фактор, если они присутствуют, последний положительный, если отсутствуют — отрицательный. Лимфоциты отвечают за иммунитет. Они делятся на две основные группы: В-лимфоциты и Т-лимфоциты. Первые вырабатываются в костном мозге, вторые — в тимусе (железе, расположенной за грудиной). Т-лимфоциты подразделяются на Т-индукторы, Т-хелперы и Т-супрессоры. Ретикулярная соединительная ткань состоит из большого количества межклеточного вещества и стволовых клеток. Из них образуются клетки крови. Эта ткань составляет основу костного мозга и других органов кроветворения. Также существует жировая ткань, клетки которой содержат в себе липиды. Она выполняет запасную, теплоизоляционную и иногда защитную функцию.
Как устроены растения?
Данные организмы, как и животные, состоят из совокупностей клеток и межклеточного вещества. Виды тканей растений мы и опишем дальше. Все они делятся на несколько больших групп. Это образовательные, покровные, проводящие, механические и основные. Виды тканей растений многочисленны, так как к каждой группе принадлежит несколько.
Образовательные
К ним относятся верхушечные, боковые, вставочные и раневые. Основная их функция — обеспечение роста растения. Они состоят из небольших клеток, которые активно делятся, а затем дифференцируются, образуя любой другой вид тканей. Верхушечные находятся на кончиках стеблей и корней, боковые — внутри стебля, под покровными, вставочные — в основаниях междоузлий, раневые — на месте повреждения.
Покровные
Они характеризуются толстыми клеточными стенками, состоящими из целлюлозы. Они играют защитную роль. Бывают трех видов: эпидерма, корка, пробка. Первая покрывает все части растения. Она может иметь защитный восковый налет, также на ней находятся волоски, устьица, кутикула, поры. Корка отличается тем, что не имеет пор, по всем остальным характеристикам она сходна с эпидермой. Пробка — это мертвые покровные ткани, которые формируют кору деревьев.
Проводящие
Эти ткани бывают двух разновидностей: ксилема и флоэма. Их функции — транспорт растворенных в воде веществ от корня к другим органам и наоборот. Ксилема сформирована из сосудов, образованных мертвыми клетками с твердыми оболочками, поперечных перепонок нет. Они транспортируют жидкость вверх.
Флоэма — ситовидные трубки — живые клетки, в которых нет ядер. Поперечные перепонки имеют крупные поры. С помощью данной разновидности растительных тканей вещества, растворенные в воде, транспортируются вниз.
Механические
Они также бывают двух типов: это колленхима и склеренхима. Главная их задача — обеспечение прочности всех органов. Колленхима представлена живыми клетками с одеревеневшими оболочками, которые плотно прилегают друг к другу. Склеренхима состоит из вытянутых мертвых клеток с твердыми оболочками.
Основные
Как понятно из их названия, они составляют основу всех органов растения. Они бывают ассимиляционные и запасные. Первые находятся в листьях и зеленой части стебля. В их клетках находятся хлоропласты, которые отвечают за фотосинтез. В запасающей ткани накапливаются органические вещества, в большинстве случаев это крахмал.
Урок «Ткани растений и их виды»
Задачи: сформировать представления о растительных тканях и их многообразии, о функциях растительных тканей.
Средства обучения: ботанические таблицы, тест (на каждого ученика), учебник «Растения 6-7 кл.» / Т. И. Серебрякова, А. Г. Еленевский и др.
Ход урока.
Учитель: Здравствуйте! Сегодня мы продолжим изучение растительного организма. Перед вами тест. Прочитайте задания и скажите, пожалуйста, о чем мы будем сегодня говорить на уроке.
ТЕСТ
Выберите верный ответ.
1. Тканью называются:
а) клетки, которые расположены вместе;
б) группа клеток одинакового строения;
в) клетки одинакового строения, выполняющие одинаковую функцию.
2. Механическая ткань в растении:
а) обеспечивает рост растения;
б) придает растению прочность и упругость;
в) защищает растение от неблагоприятных воздействий среды,
3. Функцию передвижения веществ в растении выполняет:
а) покровная ткань;
б) проводящая ткань;
в) запасающая ткань
4. Рост растения осуществляется за счет деления и роста клеток:
а) проводящей ткани;
б) покровной ткани;
в) образовательной ткани.
5. Клетки мякоти арбуза крупные,
заполнены органическими веществами, поэтому
их относят к:
а) проводящей ткани;
б) всасывающей ткани;
в) запасающей ткани.
Ученики: О тканях.
Учитель: Правильно. А как вы думаете, что такое ткань? Когда вы произносите слово «ткань», что вы представляете?
Ученики: Полотно, что-то однородное, из нее шьют одежду и др
Учитель: Правильно. А теперь прочитайте задание 1 в тесте и попробуйте найти правильный ответ.
Ученики: Клетки одинакового строения, выполняющие одинаковую функцию.
Учитель: Молодцы! Вы сейчас дали определение растительным тканям. А почему не подходят другие ответы? Давайте разберемся.
Ученики: Первый ответ не подходит, так как ничего не говорится о строении и функциях клеток. А в последнем ответе ничего не говорится об одинаковых функциях клеток.
Учитель: А теперь давайте подумаем, у растений ткани, из которых они состоят, будут все одинаковые или они будут разные?
Ученики: Нет, они разные: механическая, проводящая, покровная, образовательная, запасающая.
Учитель: Молодцы! Вы сейчас перечислили разные виды растительных тканей. А для чего растению так много разных тканей, каковы их функции? Найдите ответы в тесте.
Ученики: Механическая ткань - придает растению прочность и гибкость, проводящая ткань — обеспечивает передвижение питательных веществ в растении, образовательная ткань — рост, покровная ткань — защиту, запасающая ткань — запас питательных веществ.
Учитель: А теперь сделаем вывод, что же мы узнали о растительных тканях?
Ученики: Растительная ткань — это группа одинаковых клеток, выполняющих одинаковую функцию в организме. Растительные ткани бывают разных видов: образовательные, запасающие, покровные, проводящие, механические. Каждая ткань выполняет свои функции: за счет образовательной ткани происходит рост растений, запасающие ткани — накапливают питательные вещества и воду, покровные — защищают растения, механические — обеспечивают прочность и гибкость.
Учитель: Запишите в тетрадки все, что вы сегодня узнали о растительных тканях. Теперь откройте учебник на стр. 32 и прочитайте, что написали авторы учебника о растительных тканях. Что вы заметили?
Ученики: Мы написали то же самое, что и в учебнике.
Учитель: Вот видите, какие вы молодцы! Вы сегодня совершили маленькое открытие: узнали, что такое растительная ткань. Вы пришли к тем же выводам, что и ученые, написавшие этот учебник. Молодцы!
На следующем уроке мы посмотрим, где эти ткани находятся в растении и как они устроены.
Презентация «Ткани растений» — биология, презентации
библиотека
материалов
Содержание слайдов
Номер слайда 1
БИОЛОГИЯ 6 КЛАСС Герасимов Андрей Сергеевич Учитель биологии МБОУ Сметанинская СШ Смоленского района Смоленской области
Номер слайда 2
ТКАНИ РАСТЕНИЙ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УРОКА: На основе знаний о клеточном строении сформировать знания о тканях растений, их видах, строении и значении в жизни растения. Сформировать у обучающихся понятия о тканях растения, их строении; Развить умения различать виды тканей, сравнивать и делать выводы; Воспитать у обучающихся бережное отношение к растениям, показать значение различных видов тканей в жизни растений.
Номер слайда 3
ТКАНЬ. ВИДЫ ТКАНИ Ткань — совокупность клеток и межклеточного вещества, имеющих общее происхождение, строение и выполняющих определённые функции. Различают пять типов растительных тканей: образовательные, покровные, механические, проводящие, основные.
Номер слайда 4
ТКАНЬ. ВИДЫ ТКАНИ
Номер слайда 5
Основная ткань Основная ткань заполняет пространство между другими тканями. На поперечном сечении стебля растения видно, что основная ткань заполняет пространство между покровной и проводящей тканями.
Номер слайда 6
Основная ткань Клетки основной ткани живые и имеют тонкие клеточные стенки. В клетках основной ткани происходит создание питательных веществ, они участвуют в газообмене, осуществляют накопление веществ. Мякоть картофеля состоит из клеток основной ткани, в которых накапливается крахмал
Номер слайда 7
Механическая ткань Механическая ткань придаёт растениям прочность. Она находится во всех органах растения. Много механической ткани расположено в стволе и прожилках листа. Механическая ткань удерживает ствол и сучья деревьев в вертикальном положении.
Номер слайда 8
Механическая ткань У клеток механической ткани толстые клеточные стенки, у некоторых клеток оболочки одревесневают. Часто клетки механической ткани удлинённые и имеют вид волокон. Клетки механической ткани могут погибнуть, но твёрдые, толстые клеточные стенки сохраняются.
Номер слайда 9
Проводящая ткань Проводящая ткань состоит из живых или мёртвых удлинённых клеток, которые имеют вид трубок. В стебле и листьях растений расположены пучки проводящей ткани. В проводящей ткани выделяют сосуды и ситовидные трубки. Сосуды — последовательно соединённые мёртвые полые клетки, поперечные перегородки между которыми исчезают. По сосудам вода и растворённые в ней минеральные вещества из корней поступают в стебель и листья. Ситовидные трубки — удлинённые безъядерные живые клетки, последовательно соединённые между собой. По ним органические вещества из листьев (где они образовались) перемещаются к другим органам растения..
Номер слайда 10
Проводящая ткань На спиле ствола дерева можно выделить 2 слоя, по которым перемещаются вещества: древесина и луб. В состав древесины входят сосуды, по которым вода и минеральные вещества из почвы поднимаются вверх. В состав луба входят ситовидные трубки, по которым органические вещества перемещаются из листьев (где они образуются) вниз.
Номер слайда 11
Образовательная ткань Образовательная ткань находится во всех растущих частях растения.
Номер слайда 12
Образовательная ткань Образовательная ткань состоит из мелких клеток, имеющих тонкую оболочку и относительно крупное ядро, которые непрерывно делятся. Из клеток образовательной ткани формируются остальные ткани растения.
Номер слайда 13
Покровные ткани Покровные ткани образованы живыми или мёртвыми клетками с плотно сомкнутыми, утолщёнными оболочками. Эти ткани находятся на поверхности корней, стеблей, листьев. Функции: защищают растение от внешних неблагоприятных факторов: излишнего испарения, колебаний температуры, проникновения микроорганизмов, механических повреждений и др.
Номер слайда 14
Покровные ткани Покровную ткань, состоящую из живых клеток, называют кожицей (или эпидермой, эпидермисом). Она состоит из одного ряда клеток и имеет вид тонкой прозрачной плёнки, покрывающей органы растения Со временем на некоторых органах растений вместо кожицы образуется пробка. Клетки пробки мёртвые, полые, имеют утолщённые оболочки
Номер слайда 15
Покровные ткани В эпидерме листьев находятся микроскопические отверстия — устьица. Через них перемещаются водяной пар, углекислый газ и кислород.
Номер слайда 16
Покровные ткани Каждое устьице окружает пара замыкающих клеток, которая регулирует открывание устьиц. Испарение воды через устьица растений называют транспирацией. Через устьица также происходят процессы дыхания растения (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) и фотосинтеза (поглощение углекислого газа и выделение кислорода).
Номер слайда 17
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА (Заполнить таблицу) ТИП ТКАНИ ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ФУНКЦИИ ОСНОВНАЯ ТКАНЬ МЕХАНИЧЕСКАЯ ТКАНЬ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ ПРОВОДЯЩАЯ ТКАНЬ ПОКРОВНАЯ ТКАНЬ
Номер слайда 18
ТИП ТКАНИ ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ФУНКЦИИ ОСНОВНАЯ ТКАНЬ Живые клетки, заполняют пространство Накопление веществ, фотосинтез МЕХАНИЧЕСКАЯ ТКАНЬ Мёртвые клетки с утолщенными и одревесневшими оболочками Опора растения ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ Мелкие клетки с тонкой оболочкой и крупным ядром, постоянно делятся Рост растения ПРОВОДЯЩАЯ ТКАНЬ Сосуды и ситовидные трубки Проведение (транспорт) веществ ПОКРОВНАЯ ТКАНЬ Кожица, пробка, корка Защита
Номер слайда 19
ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ. РЕФЛЕКСИЯ Продолжите фразу: Сегодня я узнал(а)… Меня удивило… У меня вызвало затруднение… Моё настроение…
Номер слайда 20
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Виды тканей | Поурочные планы по биологии 8 класс Казахстан
Виды тканей
07.06.2013 7757 0Цель урока: Обуч. В ходе урока ознакомить учащихся с свойствами клетки, а так же дать понятие о внутренних средах организма, о тканях и органах, системах органов. Развив. Развивать логическое мышление, мировоззрение, память, речь. Воспит. Воспитывать бережное отношение к своему здоровью и здоровью окружающих.
Методы активизации мыслительной деятельности 3-5 мин.
Орг. момент. План урока.
Методы контроля знаний (опрос)
СЛАЙД
Основная часть(новый материал).
Основное свойство клеток — ОБМЕН ВЕЩЕСТВ.
Межклеточное вещество—питательные вещества и кислород __клетка_ продукты распада
Процесс БИОСИНТЕЗА — это образование белков, жиров, углеводов и простых веществ. РАСПАД ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ — в результате образуются вещества более простые.
Процесс БИОСИНТЕЗА И РАСПАДА составляют ОБМЕН ВЕЩЕСТВ Всем клеткам свойственны такие процессы как РОСТ И РАЗВИТИЕ. Клетки тела человека размножаются делением пополам. Каждая дочерняя клетка растет и достигает размеров материнской. Продолжительность жизни клетки разная от нескольких часов до десятков лет.
Все живые клетки обладают ВОЗБУДИМОСТЬЮ
Внутренняя среда организма Составляют три жидкости.
межклеточная жидкость.
кровь.
лимфа.
Обеспечивает организм необходимыми веществами и удаляет продукты распада.
Только постоянный состав обеспечивает нормальную работу клеток.
Основные жизненные свойства клеток.
Обмен веществ (биосинтез, распад орг. соединений).
Возбудимость.
Рост.
Размножение.
ТКАНИ — совокупность клеток и межклеточного вещества, сходных по происхождению и выполняемым функциям.
ЭПИТЕЛИАЛЬНАЯ — образует покровы тела, железы и выстилает полости внутренних органов.
СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ — костная и хрящевая. Опора органов, прокладки между органами, связывает их.
МЫШЕЧНАЯ — основная ткань скелетных мышц и многих внутренних органов с ней связана функция движения.
НЕРВНАЯ — это масса головного и спинного мозга, связь нервными волокнами со всеми частями организма.
Совокупность клеток и межклеточного вещества, сходных по происхождению, строению и выполняемым функциям, называют тканью. В организме человека выделяют 4 основных группы тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную, нервную.
Эпителиальная ткань (эпителий) образует слой клеток, из которых состоят покровы тела и слизистые оболочки всех внутренних органов и полостей организма и некоторые железы. Через эпителиальную ткань происходит обмен веществ между организмом и окружающей средой. В эпителиальной ткани клетки очень близко прилегают друг к другу, межклеточного вещества мало.
Таким образом создается препятствие для проникновения микробов, вредных веществ и надежная защита лежащих под эпителием тканей. В связи с тем, что эпителий постоянно подвергается разнообразным внешним воздействиям, его клетки погибают в больших количествах и заменяются новыми. Смена клеток происходит благодаря способности эпителиальных клеток и быстрому размножению.
Различают несколько видов эпителия — кожный, кишечный, дыхательный.
ВИДЫ ЭПИТЕЛИАЛЬНОЙ ТКАНИ
К производным кожного эпителия относятся ногти и волосы. Кишечный эпителий односложный. Он образует и железы. Это, например, поджелудочная железа, печень, слюнные, потовые железы и др. Выделяемые железами ферменты расщепляют питательные вещества. Продукты расщепления питательных веществ всасываются кишечным эпителием и попадают в кровеносные сосуды. Дыхательные пути выстланы мерцательным эпителием. Его клетки имеют обращенные кнаружи подвижные реснички. С их помощью удаляются из организма попавшие с воздухом твердые частицы.
Соединительная ткань. Особенность соединительной ткани — это сильное развитие межклеточного вещества.
ВИДЫ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ волокнистая соединительная ткань хрящевая ткань
Основными функциями соединительной ткани являются питательная и опорная. К соединительной ткани относятся кровь, лимфа, хрящевая, костная, жировая ткани. Кровь и лимфа состоят из жидкого межклеточного вещества и плавающих в нем клеток крови. Эти ткани обеспечивают связь между организмами, перенося различные газы и вещества. Волокнистая и соединительная ткань состоит из клеток, связанных друг с другом межклеточным веществом в виде волокон. Волокна могут лежать плотно и рыхло. Волокнистая соединительная ткань имеется во всех органах. На рыхлую соединительную ткань похожа и жировая ткань. Она богата клетками, которые наполнены жиром.В хрящевой ткани клетки крупные, межклеточное вещество упругое, плотное, содержит эластические и другие волокна. Хрящевой ткани много в суставах, между телами позвонков.
Костная ткань состоит из костных пластинок, внутри которых лежат клетки. Клетки соединены друг с другом многочисленными тонкими отростками. Костная ткань отличается твердостью.
Мышечная ткань. Эта ткань образована мышечными волокнами. В их цитоплазме находятся тончайшие нити, способные к сокращению. Выделяют гладкую и поперечно-полосатую мышечную ткань.
виды МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ И ЕЕ СТРОЕНИЕ
гладкая мышечная ткань
Поперечнополосатая с этой ткань называется потому, что ее волокна имеют поперечную исчерченность, представляющую собой чередование светлых и темных участков. Гладкая мышечная ткань входит в состав стенок внутренних органов (желудок, кишки, мочевой пузырь, кровеносные сосуды). Поперечнополосатая мышечная ткань подразделяется на скелетную и сердечную. Скелетная мышечная ткань состоит из волокон вытянутой формы, достигающих в длину 10—12 см. Сердечная мышечная ткань, так же как и скелетная, имеет поперечную исчерченность. Однако, в отличие от скелетной мышцы, здесь есть специальные участки, где мышечные волокна плотно смыкаются. Благодаря такому строению сокращение одного волокна быстро передается соседним. Это обеспечивает одновременность сокращения больших участков сердечной мышцы. Сокращение мышц имеет огромное значение. Сокращение скелетных мышц обеспечивает движение тела в пространстве и перемещение одних частей по отношению к другим. За счет гладких мышц происходит сокращение внутренних органов и изменение диаметра кровеносных сосудов.
Нервная ткань. Структурной единицей нервной ткани является нервная клетка — нейрон.
Нервная ткань. Структурной единицей нервной ткани является нервная клетка — нейрон.
Нейрон состоит из тела и отростков. Тело нейрона может быть различной формы — овальной, звездчатой, многоугольной. Нейрон имеет одно ядро, располагающееся, как правило, в центре клетки. Большинство нейронов имеют короткие, толстые, сильно ветвящиеся вблизи тела отростки и длинные (до 1,5 м), и тонкие, и ветвящиеся только на самом конце отростки. Длинные отростки нервных клеток образуют нервные волокна. Основными свойствами нейрона является способность возбуждаться и способность проводить это возбуждение по нервным волокнам. В нервной ткани эти свойства особенно хорошо выражены, хотя характерны так же для мышц и желез. Возбуждение предается по нейрону и может передаваться связанным с ним другим нейронам или мышце, вызывая ее сокращение. Значение нервной ткани, образующей нервную систему, огромно. Нервная ткань не только входит в состав организма как его часть, но и обеспечивает объединение функций всех остальных частей организма.
Текущий контроль, закрепление материала 5-7 мин.
Что такое ткань?
Назовите группы тканей.
Что такое орган?
Д/З П 7 , ЛАБ. РАБОТА
Определение ткани и примеры в биологии
В биологии ткань — это группа клеток и их внеклеточного матрикса, которые имеют одно и то же эмбриональное происхождение и выполняют схожие функции. Затем из множества тканей образуются органы. Изучение тканей животных называется гистологией или гистопатологией, когда речь идет о болезнях. Изучение тканей растений называется анатомией растений. Слово «ткань» происходит от французского слова «тиссу», что означает «тканый». Французский анатом и патолог Мари Франсуа Ксавье Биша ввел этот термин в 1801 году, заявив, что функции тела можно было бы лучше понять, если бы они были изучены на уровне тканей, а не органов.
Ключевые выводы: определение ткани в биологии
- Ткань — это группа клеток одного происхождения, которые выполняют аналогичную функцию.
- Ткани встречаются у животных и растений.
- Четыре основных типа тканей животных — это соединительная, нервная, мышечная и эпителиальная ткани.
- Тремя основными тканевыми системами растений являются эпидермис, наземная ткань и сосудистая ткань.
Ткани животных
Мышцы — это один из видов тканей животных.Длумен / Getty ImagesУ человека и других животных есть четыре основных ткани: эпителиальная ткань, соединительная ткань, мышечная ткань и нервная ткань. Эмбриональная ткань (эктодерма, мезодерма, энтодерма), из которой они происходят, иногда варьируется в зависимости от вида.
Эпителиальная ткань
Клетки эпителиальной ткани образуют листы, покрывающие поверхность тела и органов. У всех животных большая часть эпителия происходит из эктодермы и энтодермы, за исключением эпителия, который происходит из мезодермы.Примеры эпителиальной ткани включают поверхность кожи и слизистую оболочку дыхательных путей, половых путей и желудочно-кишечного тракта. Существует несколько видов эпителия, включая простой плоский эпителий, простой кубовидный эпителий и цилиндрический эпителий. Функции включают защиту органов, удаление отходов, поглощение воды и питательных веществ, а также выделение гормонов и ферментов.
Соединительная ткань
Соединительная ткань состоит из клеток и неживого материала, называемого внеклеточным матриксом.Внеклеточный матрикс может быть жидким или твердым. Примеры соединительной ткани включают кровь, кости, жировую ткань, сухожилия и связки. У людей кости черепа происходят из эктодермы, но другие соединительные ткани происходят из мезодермы. Функции соединительной ткани включают формирование и поддержку органов и тела, обеспечение движения тела и диффузию кислорода.
Мышечная ткань
Три типа мышечной ткани — это скелетная мышца, сердечная мышца и гладкая (висцеральная) мышца.У человека мышцы развиваются из мезодермы. Мышцы сокращаются и расслабляются, позволяя частям тела двигаться и перекачивать кровь.
Нервная ткань
Нервная ткань делится на центральную нервную систему и периферическую нервную систему. Он включает головной, спинной мозг и нервы. Нервная система происходит от эктодермы. Нервная система контролирует тело и взаимодействует между его частями.
Растительные ткани
VectorMine / Getty ImagesУ растений есть три тканевые системы: эпидермис, наземная ткань и сосудистая ткань.В качестве альтернативы ткани растений можно разделить на меристематические или постоянные.
Эпидермис
Эпидермис состоит из клеток, покрывающих внешнюю поверхность листьев и тела молодых растений. Его функции включают защиту, удаление отходов и поглощение питательных веществ.
Сосудистая ткань
Сосудистая ткань у животных сродни кровеносным сосудам. В его состав входят ксилема и флоэма. Сосудистая ткань переносит воду и питательные вещества внутри растения.
Земляная ткань
Наземная ткань у растений подобна соединительной ткани у животных. Он поддерживает растения, производит глюкозу посредством фотосинтеза и сохраняет питательные вещества.
Меристематическая ткань
Активно делящиеся клетки представляют собой ткань меристемы. Это ткань, которая позволяет растению расти. Три типа меристематической ткани — это апикальная меристема, латеральная меристема и интеркалярная меристема. Апикальная меристема — это ткань на концах стебля и корня, которая увеличивает длину стебля и корня.Боковая меристема включает ткани, которые делятся, чтобы увеличить диаметр части растения. Вставочная меристема отвечает за образование и рост ветвей.
Перманентная ткань
Постоянная ткань включает в себя все клетки, живые или мертвые, которые перестали делиться и сохраняют постоянное положение в растении. Три типа постоянной ткани: простая постоянная ткань, сложная постоянная ткань и секреторная (железистая) ткань. Простая ткань делится на паренхиму, колленхиму и склеренхиму.Постоянная ткань обеспечивает поддержку и структуру растения, помогает производить глюкозу и хранит воду и питательные вещества (а иногда и воздух).
Источники
- Бок, Ортвин (2015). «История развития гистологии до конца девятнадцатого века». Исследования . 2: 1283. DOI: 10.13070 / rs.en.2.1283
- Raven, Peter H .; Эверт, Рэй Ф .; Эйххорн, Сьюзен Э. (1986). Биология растений (4-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Worth.ISBN 0-87901-315-X.
- Росс, Майкл Х .; Павлина, Войцех (2016). Гистология: текст и атлас: с коррелированной клеточной и молекулярной биологией (7-е изд.). Wolters Kluwer. ISBN 978-1451187427.
Каковы уровни организации в биологии?
Биология — это наука о жизни. Поскольку жизнь — такая обширная тема, ученые разбивают ее на несколько уровней организации, чтобы облегчить изучение. Эти уровни начинаются с самой маленькой единицы жизни и развиваются до самой большой и самой широкой категории.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Уровни от наименьшего до наибольшего: молекула, клетка, ткань, орган, система органов, организм, популяция, сообщество, экосистема, биосфера.
Молекула
Молекулы состоят из атомов, наименьшей единицы химических элементов. Их можно найти во всем, живом и неживом. Молекулы составляют самые основные структуры живых существ. На этом уровне сосредоточены две биологические дисциплины: биохимия и молекулярная биология.
Клетка
Клетка — основная единица жизни. Есть два типа клеток: клетки растений, которые имеют жесткую клеточную стенку, состоящую из молекул целлюлозы, и клетки животных, которые имеют гибкие клеточные мембраны. Клеточные биологи рассматривают такие вопросы, как метаболизм, и другие вопросы о структуре и функциях внутри клеток и между ними.
Ткань
Ткань состоит из клеток, которые работают вместе для выполнения определенной задачи. Мышечная ткань, соединительная ткань и нервная ткань — это некоторые типы тканей.Гистологи являются примером биологов, работающих на этом уровне.
Орган
Орган — это система тканей, которые работают вместе в более крупном масштабе для выполнения определенных функций в теле животного. Примеры органов — мозг, сердце и легкие. Анатомия — это пример специальности биологии, относящейся к этому уровню.
Система органов
Система органов — это группа органов, которые работают вместе для выполнения определенных функций организма. Дыхательная система, например, использует легкие, дыхательные пути и дыхательные мышцы для вдыхания кислорода и выделения углекислого газа животным.Физиологи изучают функции частей тела, когда они работают вместе. Хотя физиологи могут работать на любом уровне биологической организации, они часто отвечают на вопросы, связанные с системами органов.
Организм
Организм — это узнаваемая, замкнутая личность. Организмы могут быть одноклеточными организмами, такими как бактерии или амебы, или многоклеточными организмами, состоящими из органов и систем органов. Человек — пример многоклеточного организма.
Население
Популяция — это группа нескольких организмов одного вида на определенной территории.Например, прайд львов в Кении, Африка, — это популяция.
Сообщество
Сообщество состоит из всех различных видов на определенной территории. Популяция львов в Кении, а также популяции газелей, жирафов, слонов, навозных жуков и всех других видов в этой области составляют сообщество.
Экосистема
Экосистема состоит из всех сообществ на определенной территории, а также всех неживых физических компонентов окружающей среды.Камни, вода и грязь являются частью экосистемы. Экологи могут изучать популяции, сообщества или целые экосистемы.
Биосфера
Биосфера — это все экосистемы на Земле, вместе взятые. Каждое животное, растение, бактерия, горная порода и молекула являются частью биосферы Земли. Небиологи, такие как метеорологи и геологи, могут присоединиться к биологам, чтобы ответить на вопросы на этом уровне биологической организации.
Биология тканей и моделирование заболеваний
Ученые из EMBL Barcelona специализируются на биологии тканей и моделировании заболеваний.Молекулярная биология лежит в основе нашего понимания жизни, но человеческое тело — это больше, чем просто набор невероятных молекул и удивительных типов клеток. Правильное функционирование нашего тела также зависит от более высокого уровня организации: от того, как миллионы различных клеток взаимодействуют друг с другом — химически, физически и динамически — с образованием здоровых тканей и органов.
В EMBL Barcelona мы выходим за рамки молекулярного и клеточного масштаба, чтобы задать такие вопросы, как: как тысячи клеток динамически самоорганизуются для создания тканей и органов? Почему иногда это происходит неправильно, вызывая врожденные дефекты? Как мы могли восстановить поврежденные ткани? Почему эффективный кровеносный сосуд зависит от взаимодействия между множеством разных типов клеток? Как инфекционные заболевания поражают ткани? Можем ли мы создать в лаборатории здоровые или новые ткани? Как физические свойства тканей влияют на их динамику? Можем ли мы выйти за рамки моделей на животных и использовать биоинженерные ткани для разработки методов лечения таких заболеваний, как рак или малярия?
Для решения этих сложных задач мы комбинируем междисциплинарные подходы.Мы интегрируем молекулярные и клеточные данные с тканевой инженерией, многоклеточной омикой, трехмерной мезоскопической визуализацией, компьютерным моделированием и генными схемами. В настоящее время наши темы исследований охватывают эмбриональные органоиды, развитие органов, модели сосудов in vitro и моделирование заболеваний.
В этой международной среде, основанной на тесном сотрудничестве, исследователи EMBL извлекают выгоду из партнерства и сотрудничества с Центром геномного регулирования (CRG), Институтом биоинженерии Каталонии (IBEC), Испанским национальным исследовательским советом (CSIC) и другими новаторскими исследовательскими институтами. , как на территории кампуса, так и в регионе.Расположенный на набережной Барселоны, в нескольких минутах ходьбы от знаковой архитектуры города, это место наполнено энергией этого оживленного, творческого мегаполиса.
Новые наблюдения за факторами окружающей среды, влияющими на регенерацию тканей у водных видов
Грасиела А. Унгес, доктор философии, профессор биологии и студентка Бахийи Митчелл из Университета штата Нью-Мексико изучают факторы окружающей среды, влияющие на регенерацию тканей у водных видов.
Что контролирует регенерацию целых частей тела и органов у некоторых животных, даже многократно во взрослом возрасте? Этот вопрос на миллион долларов на протяжении столетий питал любопытство многих ученых.Сегодня число как наземных, так и водных видов, испытанных на их реакцию на травмы, постоянно растет, расширяя сравнительный анализ регенерационных способностей во всем животном царстве.
В то же время, доступность молекулярных подходов и инструментов для манипулирования геномными последовательностями подтолкнула научные исследования к выяснению генетической основы процессов регенерации. Это привело к растущей идентификации различных молекулярных переключателей и сигнальных путей, которые активируют или ингибируют предшественников стволовых клеток и другие клеточные механизмы регенерации тканей1-2.
Однако, и, возможно, непреднамеренно, акцент на создании модельных систем, поддающихся генетическим манипуляциям в контролируемых лабораторных условиях, привел к тому, что многие из нас упустили и / или недооценили влияние окружающей среды на регенерацию.
Речь идет о влиянии искусственного освещения на регенерацию хвоста гимнастической электрической рыбы Sternopygus macrurus. S. macrurus — вид с высокой степенью регенерации, и наша лаборатория использовала это свойство, чтобы охарактеризовать дифференцировку миогенных клеток в ответ на повторяющиеся ампутации хвоста, влияние нервных импульсов на дифференцировку типов клеток миогенного происхождения и активацию миогенных стволовых клеток. для восстановления исходной скелетной мускулатуры и утраченной электрогенной ткани, полученной из мышц3-6.
Удивительно, но недавно мы провели эксперимент, в котором 12 взрослым рыбам ампутировали хвосты, но ни одна из рыб не регенерировала бластему, как ожидалось, даже через две недели после ампутации. Этих рыб держали в помещении, примыкающем к главному помещению аквариума. По возвращении в свои первоначальные аквариумы в основном аквариуме эти рыбы начали восстанавливать свои хвосты. Это наблюдение привело нас к гипотезе о том, что снижение освещенности отрицательно влияет на регенерацию хвоста у S. macrurus. С.рыб macrurus (n = 5) затем помещали либо в условия постоянной темноты, либо в условия контрольного 12-часового / 12-часового светового цикла (рис. 1), и измеряли длину регенерационной бластемы через семь и 14 дней после ампутации.
Рисунок 1: Установка экспериментальной лаборатории для изменения условий внешнего освещения. Верхний ряд: Рыбы в контрольной группе содержались в индивидуальных аквариумах и не имели изменений в освещении окружающей среды. Нижний ряд: Рыбы из группы с ограниченным освещением или «темной» группы содержались в отдельных аквариумах, и их воздействие света было значительно снижено за счет закрытия аквариумов толстыми черными пластиковыми пакетами.В целом, регенерирующие бластемы у рыб, содержащихся в условиях ограниченного освещения или «темноты», казались меньше, чем бластемы в условиях контрольного освещения через семь и четырнадцать дней после ампутации хвоста (рис. 2). Количественное определение пролиферации клеток в регенерирующих бластемах в контрольных и темных условиях с использованием анализа мечения 5-этинил-2′-дезоксиуридином (EdU) показало среднее меньшее количество EdU-положительных клеток в бластемах от рыб, содержащихся в темноте, по сравнению с таковыми у рыб в темноте. контролировать условия освещения.
Эти наблюдения привели нас к нашему повторному открытию исследования, опубликованного в 19777 году, посвященного низкорослым передним конечностям тритонов Triturus (Notophthalamus) viridescens, когда они содержались в постоянной темноте после ампутации конечностей. В частности, животные, находящиеся под постоянным светом, достигли стадии регенерации на четыре-пять дней раньше, чем те, которые содержались в полной темноте. Более того, разница в скорости регенерации впервые была очевидна на умеренно ранней стадии; затем оно увеличивалось на последующих этапах, и разница сохранялась в течение периода наблюдения — наблюдения аналогичны тем, что были в нашем исследовании S.макрурус.
Рисунок 2: Ограничение света приводит к уменьшению бластем регенерации. Изображения частичных хвостов S. macrurus через 2 недели после ампутации хвоста под контролем и в условиях ограниченного света (т. Е. В «темноте»).В 1983 году исследование Янга и др. Также показало, что ограниченные условия освещения могут замедлить регенерацию у взрослой саламандры, Ambystoma. Эти два исследования не цитируются в многочисленных статьях, в которых анализируются генетические и молекулярные факторы процессов регенерации в контролируемых лабораторных условиях.В настоящее время неизвестно, действуют ли изменения в освещении окружающей среды посредством каких-либо известных в настоящее время путей или регуляторных белковых факторов, которые активируют или ингибируют регенерацию. Конечно, более важным является то, сохраняют ли молекулярные переключатели и сигнальные пути, представляющие интерес в настоящее время, свою предсказанную функцию в механизмах регенерации тканей в менее контролируемых условиях окружающей среды.
Ссылки
1 Juan WC и Hong W. (2016).Ориентация на сигнальный путь гиппопотама для регенерации тканей и терапии рака. Гены 7, 55 doi: 10.3390 / genes70.
2 Танака Е.М. (2016). Молекулярная и клеточная хореография регенерации придатков. Cell 165, 1598–1608.
3 Паттерсон, Дж. М., и Закон, Х. Х. (1993). Маркировка бромдезоксиуридином позволяет выявить класс сателлитных клеток в электрическом органе. Журнал нейробиологии, 24 (5), 660-674. DOI: 10.1002 / neu.480240510.
4 Unguez GA и Zakon HH.(2002). Превращение скелетных мышц в электрический орган у S. macrurus зависит от иннервации (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12382266). J Neurobiol. 53: 391-402.
5 Унгес, Г. А. (2013). Электрические рыбы: новое понимание законсервированных процессов регенерации тканей взрослого человека. Журнал экспериментальной биологии, 216 (13), 2478-2486. DOI: 10.1242 / jeb.082396.
6 Вебер К. М., Мартиндейл М. К., Тапскотт С. Дж. И Унгес Г. А. (2012). Активация Pax7-положительных клеток в несокращающейся ткани способствует регенерации миогенных тканей у электрических рыб S.макрурус. Плос Один, 7 (5). DOI: 10.1371 / journal.pone.0036819.
7 Майер К.Э. и Сингер М. (1977). Влияние света на регенерацию передних конечностей у тритона. Журнал экспериментальной зоологии, 202 (2), 241-244. DOI: 10.1002 / jez.1402020213.
8 Янг, Х. Э., Бейли, К. Ф., и Далли, Б. К. (1983). Условия окружающей среды, необходимые для полной регенерации конечностей у постметаморфической взрослой наземной саламандры, Ambystoma. Анатомическая запись, 206 (3), 289-294.
Благодарность: это исследование было поддержано грантом NIH U54CA132383, наградой NSF INSPIRE Award CNS-1248109 и Программой научного образования HHMI, грантом 52008103.
Обратите внимание: это коммерческий профиль
Грасиела А. Унгес, PhD
Профессор биологии
Биологический факультет
Государственный университет Нью-Мексико
Тел .: +1575 646 7963
Рекомендованные редактором статейPharmOmics: База данных сигнатур лекарств для конкретных видов и тканей и онлайн-инструмент для перепрофилирования лекарств системы.Ключевой фактор — это наше неполное понимание функций лекарств в различных системах органов и в разных видах. Таким образом, выяснение видоспецифичных и тканеспецифичных действий лекарств может обеспечить понимание на системном уровне терапевтической эффективности, потенциальных побочных эффектов и межвидовых различий, которые необходимы для более эффективной трансляционной медицины. Здесь мы представляем комплексную базу знаний о лекарствах и аналитический инструмент PharmOmics, состоящий из геномных следов лекарств в отдельных тканях из данных транскриптома человека, мыши и крысы из GEO, ArrayExpress, TG-GATEs и DrugMatrix.Используя многовидовые и мульти-тканевые сигнатуры экспрессии генов в качестве молекулярных индикаторов функций лекарств, мы разработали основанные на генной сети подходы для репозиции лекарств. Мы продемонстрировали потенциал PharmOmics для прогнозирования лекарств при новых показаниях к заболеваниям и проверили два прогнозируемых препарата для лечения неалкогольной жировой болезни печени у мышей. Мы также изучили потенциал PharmOmics для выявления лекарств, связанных с гепатоксичностью и нефротоксичностью. Комбинируя тканевые и видоспецифичные сигнатуры
in vivo лекарств с биологическими сетями, PharmOmics служит дополнительным инструментом для поддержки характеристики лекарств.Заявление о конкурирующем интересе
Авторы заявили об отсутствии конкурирующего интереса.
Список сокращений
- ADR
- побочные реакции на лекарственные препараты
- CTD
- база данных сравнительной токсикогеномики
- KEGG
- Киотская энциклопедия генов и геномов
- DEG 9023 дифференциальная скорость обнаружения экспрессии генов
- DEG 902
- wKDA Анализ взвешенных ключевых факторов
- НАЖБП
- неалкогольная жировая болезнь печени
- ЛПНП
- холестерин липопротеинов низкой плотности
- GWAS
- Общегеномное исследование регуляторной сети B 9023
- ROC
- Рабочая характеристика приемника
- HMGCR
- β-гидрокси β-метилглутарил-CoA рецептор
- PPAR
- Рецептор, активируемый пролифератором пероксисом
- GPCR
- G-белок
17.Сарвер Д., Хараз Й., Сугг К., Гумусио Дж., Комерфорд Э., Мендиас
С. Половые различия в структуре и функции сухожилий. J Orthop Res.
2017; 35: 2117–26.
18. Зильбернагель К., Брорссон А., Олссон Н., Эрикссон Б., Карлссон Дж.,
Нильссон-Хеландер К. Половые различия в исходе после острого разрыва ахиллова сухожилия
. Orthop J Sports Med. 2015; 3:
2325967115586768.
19. Bonilla K, Pardes A, Freedman B, Soslowsky L. Сухожилия Supraspinatus
имеют разные механические свойства в зависимости от пола.J Bio-
mech Eng. 2019; 141. https://doi.org/10.1115/1.4041321
20. Hicks K, Onambele-Pearson G, Winwood K, Morse C. Гендерные различия
Особенности удлинения пучка во время эксцентрических сокращений: роль сухожилия надколенника
жесткость. Acta Physiol. 2013; 209: 235–44.
21. Литтл Д., Томпсон Дж., Дюбуа Л., Рух Д., Мозли М., Гилак Ф.
Протеомные различия между мужской и женской передней крестообразной связкой
связка и сухожилие надколенника.PLoS ONE. 2014; 9: e96526.
22. Блом Л., Клингберг А., Ла Фламм Л., Уоллис Л., Хассельберг М.
Гендерные различия в ожогах: исследование, проведенное в центрах неотложной помощи в
, Западный Кейп, Южная Африка. Бернс. 2016; 42: 1600–8.
23. Skroza N, Tolino E, Mambrin A, Zuber S, Balduzzi V, Marche-
siello A, et al. Акне у взрослых и прыщи у подростков: ретроспективное исследование
с участием 1167 пациентов. J Clin Aesthet Dermatol. 2018; 11: 21–5.
24. Лундин М., Чава С., Сачдев А., Бханусали Д., Сейфферт-Синха К.,
Синха А.Гендерные различия при очаговой алопеции. J Drugs Dermatol.
2014; 13: 409–13.
25. Holm E, Esmann S, Jemec G. Влияет ли видимый атопический дерматит на качество жизни
больше у женщин, чем у мужчин? Gend Med.
2004; 1: 125–30.
26. Фуонг К., Майбах Х. Гендерные различия в коже. В: Фараж М.,
Миллер К., Майбах Х., редакторы. Учебник стареющей кожи. Берлин:
Springer; 2017. с. 1729–55.
27. Капелла-Монсонис Х., Коэнтро Дж.К., Грасеффа В., Ву З., Зейголис Д.И.
Экспериментальный набор инструментов для характеристики col-
lagen типа I млекопитающих в биологических образцах. Nat Protoc. 2018; 13: 507–29.
28. Delgado LM, Fuller K, Zeugolis DI. Сшивание коллагена:
анализ биофизических, биохимических и биологических реакций. Tissue
Eng Часть A. 2017; 23: 1064–77. https://doi.org/10.1089/ten.TEA.
2016.0415
29. Хеллинг А.Л., Цекоура Е.К., Биггс М., Байон Ю., Пандит А., Зейголис
Д.И.Ферментативная деградация тканевых трансплантатов и биоматериалов коллагена
in vitro под действием матриксных металлопротеиназ: улучшение анализа лагеназы col-
. ACS Biomat Sc Eng. 2017; 3: 1922–32.
30. Зейголис Д.И., Рагхунат М. Физиологическая значимость влажной
по сравнению с сухой дифференциальной сканирующей калориметрией для биоматериала eva-
luation: техническое примечание. Polym Int. 2010; 59: 1403–7.
31. Дэвисон-Котлер Э., Маршалл В., Гарсия-Гарета Э. Источники col-
lagen для биоматериалов при заживлении кожных ран.Биоинженерия.
2019; 6: E56.
32. Zhang D, Wu X, Chen J, Lin K. Разработка композитных каркасов на основе коллагена
для регенерации костей. Bioact Mater.
2017; 3: 129–38.
33. Kew S, Gwynne J, Enea D, Abu-Rub M, Pandit A, Zeugolis D,
et al. Регенерация и восстановление тканей сухожилий и связок с использованием биоматериалов коллагеновых волокон
. Acta Biomater. 2011; 7: 3237–47.
34. Ираван В., Сунг Т., Хигучи А., Икома Т.Коллагеновые каркасы в инженерии хрящевой ткани
и соответствующие подходы для будущего развития
. Tissue Eng Regen Med. 2018; 15: 673–97.
35. Анджеле П., Абке Дж., Куят Р., Фальтермайер Х., Шуман Д., Нерлих
М. и др. Влияние различных видов коллагена на физико-
химические свойства сшитых коллагеновых матриц. Биоматер-
флаконов. 2004; 25: 2831–41. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.
2003.09.066
36.Макрис E, Responte D, Paschos N, Hu J, Athanasiou K. Devel-
, оперируя функциональными скелетно-мышечными тканями посредством гипоксии и
индуцированного лизилоксидазой перекрестного связывания коллагена. Proc Natl Acad Sci
USA. 2014; 111: E4832 – E41.
37. Каку М., Росалес Рокабадо Дж., Китами М., Ида Т., Акиба Ю.,
Ямаути М. и др. Механическая нагрузка стимулирует экспрессию
ферментов, связанных с перекрестным связыванием коллагена, в периодонтальной связке
. J. Cell Physiol.2016; 231: 926–33.
38. Мойо Д., Гомеш М., Эрлвангер К. Х. Сравнение гистологии
шкуры виндсниера, колброек и крупных белых свиней. J S
Afr Vet Assoc. 2018; 89: e1 – e10. https://doi.org/10.4102/jsava.
v89i0.1569
39. Мейер В., Нойранд К., Радке Б. Расположение коллагеновых волокон в коже свиньи
. J Anat. 1982; 134: 139–48.
40. Осаки С. Карта распределения ориентации волокон коллагена во всей коже теленка
.Анат Рек. 1999. 254 (1): 147–52. https://doi.org/10.1002/
(SICI) 1097-0185 (199) 254: 1 <147 :: AID-AR18> 3.0.CO; 2-I.
PMID: 9892428.
41. Снедекер Дж., Готери А. Роль сшивок коллагена в старении
и диабете — хорошее, плохое и уродливое. Мышцы, связки,
,, сухожилия, J. 2014; 4: 303–8.
42. Шнидер С., Кон Р. Влияние возраста и сахарного диабета на растворимость
и неферментативное глюкозилирование цвета кожи человека
lagen.J Clin исследования. 1981; 67: 1630–5.
43. Мияхара Т., Мурай А., Танака Т., Шиозава С., Камеяма М. Возраст —
Связанные различия в коллагене кожи человека: растворимость в растворителе,
восприимчивость к перевариванию пепсина и спектр растворимости —
лизированные полимерные молекулы коллагена. J Gerontol. 1982; 37: 651–5.
44. Свенссон Р., Хайнемайер К., Куппе С., Кьяер М., Магнуссон С.
Влияние старения и физических упражнений на сухожилия. J Appl Physiol.
1985; 121: 1237–46.
45. Ян Л., Танабе К., Миура Т., Йошинари М., Такемото С., Синтани
С. и др. Влияние факторов лиофилизации и концентрации желатина на структуру пор материала био-
ателоколлаген / желатиновая губка. Dent Mater J. 2017; 36: 429–37.
46. Хапаранта А., Койвуринта Дж., Хамалайнен Э., Келломаки М. Влияние времени сшивания
на пористый лиофилизированный коллаген
каркас с использованием 1-этил-3- (3-диметиламинопропил) карбодиимида в качестве
сшивающий агент.J Appl Biomater Biomech. 2008; 6: 89–94.
47. Чжан И, Ван С., Цзян В., Цзо В., Хан Г. Влияние метода охлаждения стадии
на структуру пор биомиметических альгинатных
каркасов. Научный доклад 2017; 7: 16150.
48. Шоф Х., Апель Дж., Хешель И., Рау Г. Контроль структуры пор и размера
в лиофилизированных коллагеновых губках. J Biomed Mater Res.
2001; 58: 352–7.
49. О’Брайен Ф., Харли Б., Яннас И., Гибсон Л. Влияние скорости замораживания
на структуру пор в лиофилизированных каркасах коллаген-GAG.
Биоматериалы. 2004. 25: 1077–86.
50. Мерфи С.М., Хо М.Г., О’Брайен Ф.Дж. Влияние среднего размера пор
на прикрепление, пролиферацию и миграцию клеток в каркасах гликозаминогликанов коллагена-
для инженерии костной ткани. Био-
материалов. 2010; 31: 461–6. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.
2009.09.063
51. О’Брайен Ф.Дж., Харли Б.А., Яннас И.В., Гибсон Л.Дж. Влияние размера пор
на адгезию клеток в каркасах коллаген-GAG.Биоматериалы.
2005; 26: 433–41. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.02.052
52. Пина С., Рибейро В.П., Маркес К.Ф., Майя Ф.Р., Силва Т.Х., Рейс Р.Л.,
и др. Стратегии строительных лесов для тканевой инженерии и регенеративной медицины
. Материалы. 2019; 12: 1824. https://doi.org/
10.3390 / ma12111824
53. Чен Р., Хо Х., Шеу М. Характеристика коллагеновых матриц
, сшитых с использованием микробной трансглютаминазы. Биоматериалы.
2005; 26: 4229–35.
54. Mentink C, Hendriks M, Levels A, Wolffenbuttel B. Глюкоза-
опосредует перекрестное сшивание коллагена в сухожилиях и коже крыс. Clin
Chim Acta. 2002; 321: 69–76.
55. Wang M, Pins G, Silver F. Коллагеновые волокна повышенной прочности
для восстановления повреждений мягких тканей. Биоматериалы 1994; 15: 507–12.
56. Wissink M, Beernink R, Pieper J, Poot A, Engbers G, Beugeling
T, et al. Иммобилизация гепарина на сшитом EDC / NHS
Journal of Materials Science: Materials in Medicine (2021) 32:12 Страница 11 из 12 12
Содержимое любезно предоставлено Springer Nature, применяются условия использования.Права защищены.
Роль банка зародышевой плазмы и тканей в сохранении исчезающих видов
Сокращение и фрагментация популяций животных становится все более распространенным явлением. В результате количество видов, которым угрожает исчезновение, постоянно растет. В целом, основной причиной уменьшения численности популяции является среда обитания. ОСНОВНЫЕ ОБЗОРЫ Профиль: Эдуардо Рольдан и Монтсеррат Гомендиолосс в результате давления экспоненциального роста населения и интенсивного использования ресурсов, которое это влечет за собой.Однако для других видов наиболее серьезной угрозой является чрезмерная эксплуатация. Что мы можем сделать, чтобы обратить вспять исчезновение видов?
Существует широкий консенсус в отношении того, что лучшая стратегия сохранения биоразнообразия — это сохранение естественной окружающей среды (сохранение in situ). Однако, поскольку не всегда возможно сохранить естественную среду обитания, эту стратегию необходимо подкрепить другими подходами к сохранению, направленными более непосредственно на соответствующие виды животных. Сохранение исчезающих видов подразумевает поддержание банков генов с генетическими ресурсами из природных популяций или получение хранение и использование взятых из них биологических материалов.Этот второй случай (известный как сохранение ex-situ) включает разработку и реализацию таких мер, как программы разведения в неволе и / или банки генетических ресурсов для сохранения биоматериалов. Следует отметить, что два типа инициатив, а именно выращивание в неволе и банки генетических ресурсов, не обязательно должны идти вместе. Некоторые усилия по сохранению исчезающих видов включают поддержание банка генетических ресурсов диких популяций, но не полагаются на разведение в неволе.Тем не менее, создание хранилища биологических образцов в генном банке с целью сохранения как можно большего биоразнообразия является важной инициативой, которую следует использовать всякий раз, когда это возможно, и начинать ее нужно как можно раньше, прежде чем сокращение биологического разнообразия соответствующих видов слишком велико. далеко продвинулся.
Оба типа усилий, сохранение in-situ и ex-situ, не должны рассматриваться как взаимоисключающие альтернативы. Напротив, их следует рассматривать как взаимодополняющие и взаимодействующие подходы, поскольку они обогащают друг друга и укрепляют усилия по сохранению, повышая их шансы на успех.В настоящее время существует ряд примеров, таких как программа по сохранению иберийской рыси, демонстрирующих преимущества одновременного продвижения по этим двум направлениям.
Последствия сокращения поголовья животных
Естественные популяции могут уменьшаться в размерах из-за того, что особи не могут воспроизводиться, из-за увеличения смертности или из-за сочетания этих двух причин. Меньшее количество особей увеличивает вероятность того, что родственные животные будут спариваться друг с другом. Одна из основных целей усилий по сохранению с использованием генных банков — попытаться сохранить как можно больше генетического разнообразия, что приводит к увеличению инбридинга и снижению генетической изменчивости.Уже известно, что это оказывает негативное влияние на репродуктивную функцию самок и выживание потомства и молодых особей, но пока еще меньше информации о влиянии на репродуктивную функцию самцов. Наша исследовательская группа провела ряд исследований по этим вопросам и обнаружила, что у самцов с высоким уровнем инбридинга качество спермы снижается как с точки зрения подвижности, так и с точки зрения морфологии. Учитывая, что некоторые из параметров спермы, на которые влияет инбридинг, имеют решающее значение для мужской фертильности, вероятно, что родственные самцы будут страдать от снижения фертильности.Это особенно очевидно в крайних случаях, например, в случае флоридской пантеры, когда самцы показали очень высокую долю аномальной спермы (около 90%). То же самое можно сказать и о иберийской рыси, у которой мы также обнаружили высокую долю аномальных сперматозоидов в семенной жидкости.
На сегодняшний день в большинстве исследований изучаются основные характеристики сперматозоидов. Изучение влияния на функцию сперматозоидов (например, механизмы, которые подготавливают сперму к участию в оплодотворении) еще предстоит провести.
Также особый интерес представляет определение влияния инбридинга на ДНК сперматозоидов и того, как это может повлиять на жизнеспособность эмбриона.Наше исследование впервые показало, что повреждение ДНК сперматозоидов увеличивается параллельно с инбридингом и может достигать удивительно высоких уровней. Также было обнаружено, что уровень повреждения мужской ДНК связан с качеством спермы и шансами на выживание потомства.
Создание хранилища биологических образцов в генном банке имеет решающее значение. / Фото: Эдуардо Рольдан. |
Зачем сохранять биологический материал от исчезающих видов?
Учитывая, что уменьшение размеров популяций животных приводит к снижению генетической изменчивости, одна из основных целей усилий по сохранению с участием генного банка — попытаться сохранить как можно больше генетического разнообразия.Именно с этой целью был создан генный банк Banco de Germoplasma y Tejidos de Especies Amenazadas, что стало возможным благодаря соглашению между CSIC и Министерством окружающей среды.
С момента своего создания одной из целей Банка была поддержка инициатив по сохранению иберийской рыси и европейской норки. Со временем были включены и другие животные, представляющие особый интерес, такие как различные другие виды рыси и южноамериканских кошек. В сотрудничестве с другими учреждениями мы также реализуем инициативы по сохранению таких знаковых видов, как североафриканские газели и гигантская панда.В настоящее время Банк функционирует как исследовательский центр Национального музея естественных наук CSIC (Национальный музей естественных наук) и входит в структуру центра.
Типы биологических материалов, которые стоит сохранить
Основное внимание уделяется сохранению «зародышевой плазмы», то есть спермы (спермы), яиц или эмбрионов, с использованием соответствующих протоколов криоконсервации. Эту зародышевую плазму впоследствии можно использовать для различных методов вспомогательной репродукции.Также стоит сохранить ткани и соматические клетки, поскольку они потенциально могут быть использованы в методах переноса ядер (клонирование) или для получения плюрипотентных стволовых клеток.
Методы вспомогательного воспроизводства, подходящие для использования с видами, находящимися под угрозой исчезновения
Вспомогательная репродукция может предложить решение проблем, вызванных инбридингом. Репродуктивные технологии могут быть полезным дополнением к усилиям по сохранению, поскольку они облегчают генетическое управление и обмен между популяциями.Однако внедрить технологии вспомогательной репродукции у диких животных непросто. Требуются значительные усилия для того, чтобы собрать команды людей с необходимым образованием и опытом, каждый из которых работает над разными программами, и создать условия для сбора, сбора и обработки образцов (во многих случаях на местах). . Также необходимо провести предварительные исследования (обычно с использованием модельных видов), чтобы изучить соответствующие условия для обработки, оценки и хранения биологического материала, и, наконец, что не менее важно, необходимо обеспечить источники финансирования для начала работы и, прежде всего, , чтобы обеспечить непрерывность.
При организации программ разведения исчезающих видов появляются возможности для сбора и хранения гамет в более контролируемых условиях и у людей, которые имеют лучшее здоровье и питание. Программа разведения в неволе может быть интегрирована в более широкую стратегию сохранения ex-situ и, по возможности, должна служить для поддержки мер по сохранению in-situ. Таким образом, опыт по вопросам репродуктивного здоровья, полученный в результате программы сохранения иберийской рыси ex-situ, был использован для сбора, обработки и хранения клеток мужской зародышевой линии особей в дикой природе.
У некоторых видов, в том числе иберийской рыси, некоторые животные, к сожалению, убиты при переходе через дороги. Наличие зародышевого банка означает, что можно собирать и спасать половые клетки и соматические ткани этих животных, которые в противном случае не могли бы воспроизводиться.
Различные биологические материалы, которые хранятся в зародышевой плазме и банке тканей, обеспечивают генетическое разнообразие видов практически на неопределенный срок. Сохраненные таким образом гаметы, эмбрионы и соматические ткани можно использовать без ограничений по времени и пространству, поскольку они позволяют передавать генетический материал между популяциями и использоваться через много лет после смерти животного-донора.
Сперматозоиды Dama gazelle. / Фото: Эдуардо Рольдан. |
Сбор и криоконсервация спермы. Искусственное оплодотворение
Хранение сперматозоидов путем криоконсервации является важным инструментом сохранения гамет и генетического менеджмента, который подходит как для содержащихся в неволе, так и для тех, кто живет в дикой природе.В рамках проекта по разработке методов вспомогательной репродукции для трех видов североафриканских газелей (газель Кювье, газель дама и газель доркас) мы изучили факторы, влияющие на успех криоконсервации спермы. В результате этой серии исследований мы получили первую в мире газель, которая родилась с помощью искусственного оплодотворения криоконсервированной спермой.
В свою очередь, в нашей работе по замораживанию спермы иберийской рыси мы заморозили сперму этого вида, используя протоколы, ранее проверенные на домашней кошке и рыси.Эти предварительные шаги позволили нам начать систематическое сохранение спермы как самцов, участвующих в программе разведения в неволе, так и тех, кто живет в дикой природе в Доньяне. Кроме того, с помощью этих методов стало возможным извлекать и криоконсервировать сперму из придатка яичка мертвых животных, погибших в дороге или умерших от болезней.
Клонирование путем переноса ядра
Эта техника в последнее время привлекает к себе большое внимание. Было много споров о потенциальном применении клонирования для сохранения исчезающих видов, поскольку было предложено его возможное использование в качестве средства «спасения» или «воскрешения» вымерших видов, таких как тасманский тигр, мамонт или пиренейский козерог. .Однако сохранение «зародышевой плазмы», то есть спермы (спермы), яйцеклеток или эмбрионов, в соответствии с соответствующими протоколами криоконсервации, имеет большое значение для консервации, помимо технических трудностей, связанных с этим, ценность консервации весьма сомнительна. Помимо этих единичных случаев, тем не менее, есть явные преимущества, которые можно получить от использования клонирования для сохранения исчезающих видов.
Вопреки некоторым аргументам, выдвинутым в прошлом, клонирование может иметь огромное значение в усилиях по сохранению, помогая сохранить и даже увеличить генетическую изменчивость в популяциях.Клонирование можно использовать, чтобы избежать потери уникальных и ценных генотипов и позволить животным воспроизводиться, не вынимая их из естественной среды обитания.
По этим причинам мы начали собирать и хранить ткани и соматические клетки вымирающих видов. В частности, мы приложили много усилий для сотрудничества с программами сохранения иберийской рыси in-situ и ex-situ, чтобы усовершенствовать методы культивирования тканей и криоконсервации клеток и тканей, полученные в результате вскрытия трупов животных, погибших в результате несчастного случая или болезни. , например, биопсии животных, исследованных во время наблюдения за популяциями в природе или во время проверок здоровья и репродуктивных исследований.В результате этой работы наш банк генов и тканей вымирающих видов в настоящее время хранит ткани и жизнеспособные клетки более 250 особей иберийской рыси, что делает его чрезвычайно ценным хранилищем для сохранения вида.
Производство гамет из эмбриональных стволовых клеток и соматических клеток
Эмбриональные стволовые клетки — это плюрипотентные клетки, полученные из ранних эмбрионов до того момента, когда формируются слои зародышевой ткани. Эти клетки обладают неопределенной пролиферативной способностью.Несколько исследовательских групп показали, что эмбриональные стволовые клетки мыши могут дифференцироваться в примордиальные половые клетки (PGC), а затем в гаметы на ранних стадиях (ооциты и сперматозоиды). Незрелые сперматозоиды мыши, полученные в культуре из эмбриональных стволовых клеток, способны давать живое потомство.
Эти возможности зависят от наличия эмбриональных стволовых клеток. Однако получить эмбриональные стволовые клетки из эмбрионов диких видов, полученных in vitro, непросто из-за ограниченной доступности материалов и технических трудностей.Поэтому стоит рассмотреть возможность использования переноса ядра соматических клеток с гетерологичными ооцитами для получения стволовых клеток этих видов. В этом контексте передача ядер может быть намного более эффективной, чем при использовании в репродуктивных целях.
Помимо эмбриональных стволовых клеток, было возможно разработать индуцированные плюрипотентные клетки (iPS) из соматических клеток мышей и людей. Этот метод, который не включает использование клеток эмбрионов, использует минимальную комбинацию генов для преобразования соматической клетки, например фибробласта, в стволовую клетку с характеристиками, аналогичными характеристикам эмбриональных стволовых клеток.
Эти результаты, которые произвели революцию в области регенеративной медицины, также имеют важное значение для использования этих клеток для сохранения исчезающих видов, поскольку тот факт, что было возможно получить гаплоидные гаметы из эмбриональных стволовых клеток, предполагает, что это может также возможно генерировать гаметы из этих индуцированных плюрипотентных клеток.
Использование эмбриональных стволовых клеток или индуцированных плюрипотентных клеток имеет выдающиеся последствия, потому что, снова думая о возможных применениях для исчезающих видов, оно может позволить производить «синтетические» гаметы.Вполне возможно, что в будущем сперма, полученная таким образом — с практически неограниченным запасом — может быть использована для вспомогательного воспроизводства исчезающих видов.
Короче говоря, биоразнообразие нашей планеты переживает кризис, и нам необходимо разработать стратегии, чтобы остановить это сокращение и, насколько это возможно, обратить его вспять. Мы, люди, несем большую ответственность за эту ситуацию и, следовательно, обязаны действовать. Ученые, работающие в самых разных областях, могут внести значительный вклад.
Разработка и внедрение вспомогательных репродуктивных технологий для находящихся под угрозой исчезновения видов на основе биологического материала, сохраненного в банках генов и тканей, может предложить варианты управления, способствующие потоку генов.