Морфогене́з ( англ. morphogenesis ← др.-греч. «форма» + «возникновение»: буквально «формообразование») — возникновение и развитие органов, систем и частей тела организмов как в индивидуальном ( онтогенез ), так и в историческом, или эволюционном , развитии ( филогенез ). Изучение особенностей морфогенеза на разных этапах онтогенеза в целях управления развитием организмов составляет основную задачу биологии развития , а также генетики , молекулярной биологии , биохимии , эволюционной физиологии, и связано с изучением закономерностей наследственности .

Процесс морфогенеза контролирует организованное пространственное распределение клеток во время эмбрионального развития организма. Морфогенез может проходить также и в зрелом организме, в клеточных культурах или опухолях . Морфогенез также описывает развитие неклеточных форм жизни, у которых нет эмбриональной стадии в их жизненном цикле . Морфогенез описывает эволюцию структур тела в пределах таксономической группы .

Морфогенетический ответ в организме может быть вызван гормонами , окружающими химическими сигналами широкого диапазона: от продуктов жизнедеятельности других клеток и организмов до токсических веществ и радионуклидов , или механическими воздействиями.

Существует также второе толкование понятия морфогене́з . Это динамика морфологических изменений в тканях при патологических процессах и болезнях. Изучать такую динамику возможно на экспериментальных моделях различных процессов и болезней. Без знания морфогенеза в указанном смысле невозможно в полном объеме познать патогенез целого патологического процесса или болезни.

История

Некоторые из самых ранних идей того, как физические процессы и математические ограничения влияют на биологический рост, были высказаны Д’Арси Вентвортом Томпсоном и Аланом Тьюрингом . Так, в 1952 году Тьюринг опубликовал работу под названием « » , где впервые математически описывается процесс самоорганизации материи. Работы этих авторов постулировали наличие в процессе роста клеток и организмов химических сигналов и физико-химических процессов, таких как диффузия, активация и деактивация. Более полное понимание механизмов морфогенеза пришло с изучением ДНК , молекулярной биологии и биохимии, молекулярных механизмов регуляции работы генов.

Молекулярный уровень

Вещества, оказывающие влияние на морфогенез, называют морфогенами. Морфогены — функциональное, а не химическое понятие, так что простые химические вещества, такие как ретиноевая кислота может также выступать морфогеном.

Важный класс морфогенов — факторы транскрипции , определяющие судьбу клетки путём взаимодействия с ДНК. Факторы транскрипции катализируют транскрипцию определенных генов, участвующих в клеточной дифференцировке, а также генов других факторов транскрипции. Таким образом, происходит регуляция экспрессии генов по каскадному принципу.

Другой класс морфогенов — вещества, контролирующие межклеточные контакты , в том числе агрегацию клеток . Например, во время гаструляции некоторые клетки зародыша утрачивают межклеточные контакты, становятся способными к миграции, занимают новое положение в эмбрионе , где они могут снова образовать межклеточные контакты и сформировать ткани и органы .

Клеточный уровень

Морфогенез возникает из-за изменений в клеточной структуре или из-за взаимодействий клеток в тканях. По современным представлениям связующим звеном контроля и регуляции между клеткой и целостным организмом является ниша стволовой клетки . Клетки некоторых типов сортируются . Это означает, что клетки собираются в кластеры так, чтобы максимизировать контакт с клетками того же типа (см. агрегация клеток ). Два хорошо известных типа таких клеток — эпителиальные и мезенхимальные . В процессе эмбрионального развития происходят несколько событий клеточной дифференцировки, когда мезенхимальные клетки становятся эпителиальными и наоборот (см. Эпителиально-мезенхимальный переход ). При этом клетки могут мигрировать из эпителия и ассоциироваться с другими подобными клетками в новом месте.

Эуметазои

Морфогенез многоклеточных , особенно эмбриональный период, является сложным процессом. Репродуктивная система животных , выполняющая важнейшую функцию — воспроизводство биосистем, осуществляет процессы выработки гамет и оплодотворение, а у организмов с внутриутробным развитием дополнительно обеспечивает условия для нормального протекания морфогенеза. Происходит формирование морфогенетического поля в кортикальном слое яйцеклетки, затем — образование бластомеров , которые при жестко детерминированном процессе гаструляции располагаются по отношению друг к другу оптимальным образом впоследствии формируется соединительная ткань, позднее к ней подключается нервная система .

См. также

• Нейруляция
• Гаструляция
• Синтетический морфогенез
• Эмбриогенез дрозофилы
• Эмбриональная индукция

Примечания

В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 20 июня 2018 )