Підручник з Біології і екології. 10 клас. Шаламов - Нова програма

§ 43. Закономірності постембріонального розвитку

Протягом постембріонального розвитку людина набуває здатності до розмноження

Постембріональний розвиток людини починається від моменту народження і триває до смерті організму. Увесь цей етап онтогенезу можна поділити на три частини (рис. 43.1). Передрепродуктивний розвиток, коли організм ще не здатний до розмноження, включає періоди немовляти, малечі і дитинство. Від народження, протягом малечого періоду й раннього дитинства організм людини інтенсивно росте й розвивається. Рухові навички також активно удосконалюються впродовж цього відрізка часу: спочатку дитина вчиться сидіти, потім ходити, тримати ложку й, нарешті, маніпулювати дрібними об’єктами. У цей період вона вчиться говорити й протягом усього дитинства відбувається значне удосконалення й ускладнення мови. Органи чуття людини стають усе більш розвиненими й здатними розпізнавати тонкі відтінки звуків, смаків і запахів. Дитина весь час активно соціалізується: пізнає закономірності існування суспільства й усвідомлює своє місце в ньому. У пізньому дитинстві діти починають набувати самостійності й все більше потребують її визнання з боку людей, які їх оточують.

Репродуктивний період постембріогенезу людини розпочинається статевим дозріванням. У дівчат воно починається в 10—11 років, у хлопців — у 11—12. У цей період внаслідок дії статевих гормонів відбуваються значні зміни в будові й життєдіяльності організму. Такі ознаки, що формуються у період статевого дозрівання, й відрізняють хлопців і дівчат отримали назву вторинні статеві ознаки.

Рис. 43.1. Періоди постембріонального розвитку людини

У дівчат починаються менструації — періодичні маткові кровотечі, що свідчать про фізіологічну готовність організму до вагітності. Унаслідок розвитку яєчників збільшується концентрація жіночих статевих гормонів — естрогенів. Під їх впливом тіло набуває жіночих обрисів: збільшуються молочні залози, розростаються тазові кістки, з’являється волосся під пахвами й у паху. У хлопців у цей період починають також вироблятися статеві клітини й утворюватися сперма. Розвиток сім яників супроводжується збільшенням утворення чоловічих статевих гормонів — андрогенів. Протягом статевого дозрівання формується чоловіча статура із широкими плечима, грубішає голос, з’являється волосся на обличчі, грудях, під пахвами й у паху (рис. 43.2). Підліткам характерний також швидкий ріст, оскільки секреція соматотропіну в цей період найбільша. Між молодими людьми в цей період зароджуються романтичні стосунки та починає проявлятись статевий потяг. Підлітки стають усе більш незалежними від батьків, хочуть приймати власні рішення, але, на жаль, не завжди готові нести за них відповідальність. Окрім того, зміна рівня статевих гормонів призводить до емоційної нестабільності: підлітки схильні до необдуманих рішень, надмірної жорстокості, готові заперечувати всі пропозиції тощо.

Рис. 43.2. Обличчя Леонардо ді Капріо до (ліворуч) і після (праворуч) статевого дозрівання

Протягом юнацького й зрілого віку зміни, що відбуваються в організмі, незначні. Ріст припиняється у віці 16—17 років у дівчат і 18—20 років у хлопців. Продовжується інтелектуальний і соціальний розвиток особистості. Рівень обміну речовин стабілізується. Саме протягом цих періодів відбувається народження дітей, а батьки захищають новонароджених і забезпечують їхній розвиток.

У похилому віці починається поступове зниження інтенсивності функціонування організму. Розвиток людини переходить у період старіння. У віці 55—60 років жінки втрачають здатність завагітніти: у них починається період клімаксу. Річ у тім, що чим старша жінка, тим більший ризик виникнення генетичних аномалій у геномі яйцеклітин. Народження дітей у такому віці було б ризикованим з огляду на здоров’я нащадків, тому репродуктивні системи жінки під час клімаксу «вимикаються». У подальшому незворотні зміни на рівні клітин призводять до порушення функціонування органів і систем органів. Накопичення таких порушень у старечому віці призводить до неминучої смерті.

Старіння — це генетично запрограмований процес

Біологічний процес втрати функцій органів, систем органів і частин тіла називають старінням. Наука, що займається вивченням причин і механізмів старіння, а також способів продовження життя, має назву геронтологія. Зараз більшість геронтологів схиляється до думки, що старіння — це генетично запрограмований процес. Спостереження за родинами довгожителів дозволяють стверджувати, що тривалість життя нащадків у них більша за тривалість життя нащадків у родинах, де родичі швидше помирають. Ба більше, однояйцеві близнята мають подібнішу тривалість життя порівняно із різнояйцевими близнятами. Тим більше, що в модельних організмів і людини вже виявлено ряд генів, мутації в яких призводять до продовження тривалості життя.

Іншою генетичною причиною старіння може бути вкорочення теломер. Теломери — це кінцеві ділянки хромосом, що містять численні одноманітні повтори і вкорочуються після кожного поділу клітини. Річ у тім, що ДНК-залежна ДНК-полімераза під час реплікації не здатна подвоїти ланцюг ДНК повністю — невеликі фрагменти на кінцях лишаються нескопійованими. Це й призводить до вкорочення теломер (рис. 43.3, А). Доведено, що в молодих людей довжина теломер більша, ніж у людей похилого віку, а введення у клітини миші ферменту, що добудовує теломери, збільшувало тривалість їх життя.

Рис. 43.3. Механізми генетично запрограмованого старіння

А. У результаті численних поділів клітини теломери вкорочуються протягом життя. Б. Метилювання цитозинів у ДНК супроводжує старіння організму.

Іще однією рисою спадкового матеріалу старих клітин є те, що в них нітрогенові основи ДНК більшою мірою хімічно модифіковані шляхом приєднання метильних груп (—СН3) до них (рис. 43.3, Б). Відщеплення цих метильних груп від ДНК геному пристарілих мишей призводить до збільшення тривалості їхнього життя на 30 %.

Накопичення пошкоджень у клітинах призводить до старіння організму

За останні півтора століття середня тривалість життя людей зросла майже вдвічі. Але спадковий матеріал не міг змінитися так швидко, тому справа, очевидно, не лише в генетиці. Іншою причиною старіння вважають накопичення пошкоджень у клітинах. Такі пошкодження можуть відбуватися в структурі й функціонуванні ДНК, наприклад, це різноманітні точкові мутації, втрати частин генів, порушення регуляції експресії генів тощо. Усе це спричиняє припинення нормальної життєдіяльності клітин і їх загибель.

Крім порушень у ДНК, у самій клітині чи в позаклітинному середовищі можуть накопичуватися відходи життєдіяльності. Наприклад, під час старіння в клітині збирається все більше продуктів сполучення білків і вуглеводів та білків і ліпідів, що не виконують жодної функції. Вони формують зерна й можуть заважати життєдіяльності нормальних клітин. Колаген, що є основою міжклітинної речовини сполучної тканини, із часом утворює міжмолекулярні зшивки, які порушують еластичність, процеси транспорту й оновлення тканин.

Також причиною пошкоджень є вільні радикали, про які йшлося у §24 (рис. 43.4). Вільні радикали й активні форми Оксигену є носіями неспарених електронів, тому хімічно надзвичайно активні. У процесі клітинного дихання й окиснення речовин вони постійно утворюються в клітині й здатні спричиняти порушення в структурі ДНК, ліпідів, білків. Накопичення таких пошкоджень і спричиняє деградацію клітин і тканин із віком. Унаслідок описаних порушень багатоклітинні організми врешті помирають.

Рис. 43.4. Вплив вільних радикалів і активних форм Оксигену на речовини в клітині

Відповідно до еволюційних концепцій мета існування будь-якої живої істоти — продовження свого роду. Тому організм, що вже залишив нащадків, лише використовує ресурси навколишнього середовища, які могли б дістатися його дітям. Його еволюційна роль виконана, тож він має померти, звільнивши місце й вивільнивши ресурси для своїх, можливо, більш еволюційно успішних нащадків.

Спосіб життя є визначальним чинником довголіття

Геронтологи схиляються до думки, що максимальна тривалість життя людини може сягати 120—125 років. І вони неухильно шукають шляхи продовження життя людини. Але якщо змінити генетичну запрограмованість старіння важко, то запобігти утворенню пошкоджень у клітинах реально. Утім, задля цього потрібно мати відповідний спосіб життя.

У дослідах на щурах було показано, що зменшення калорійності їжі на 30—40 % призводить до збільшення тривалості життя. Деякі дослідження проведені на макаках-резусах підтверджують отримані дані. До кінця невідомо: чи така ж залежність спостерігається і в людини, хоча наші біохімічні шляхи дуже подібні до таких у щурів і макак. Механізм такого подовження пов’язаний зі зменшенням продукції вільних радикалів і активних форм Оксигену в мітохондріях, унаслідок зменшення навантаження на них. Окрім того, голодування стимулює процес автофагії, під час якого клітини знищують пошкоджені й старі компоненти і тим самим зменшують кількість відходів (рис. 43.5).

Іншим фактором, що може продовжити життя, є зменшення вмісту білків у їжі. Також збільшення споживання свіжих овочів і фруктів, горіхів, риби, рослинних олій сприяє зменшенню смертності. Ці продукти містять речовини-антиоксиданти, що здатні вловлювати й детоксикувати вільні радикали. З іншого боку, багата на жири й вуглеводи їжа може стати причиною ожиріння й діабету (докладніше про це йшлося у § 24). Тому раціональне харчування є одним із способів продовження життя.

Разом із тим, доведено, що недостатня тривалість сну — менше 5 годин на добу — значно підвищує ризик серцево-судинних захворювань. Однак і надмірний сон тривалістю понад 9 годин майже удвічі збільшує ризик смерті. Ще одним аспектом тривалого життя є фізична активність. У людей, які ведуть малорухливий спосіб життя, значно зростає ймовірність розвитку різноманітних запальних процесів у організмі, а також хвороб похилого віку (слабоумство, хвороба Альцгеймера, гіпо- і гіпертензія тощо). Річ у тім, що активність метаболізму під час занять спортом чи активного відпочинку зростає. Це покращує процеси виведення й детоксикації шкідливих продуктів обміну речовин. Утім така фізична активність повинна бути щоденною й досить значною: тривалість інтенсивних фізичних навантажень (біг, їзда на велосипеді, рухливі види спорту тощо) має складати 1—1,5 години щодня.

Рис. 43.5. Процес автофагії

Спочатку мембраною оточуються пошкоджені компоненти клітини, що потрібно розщепити. Надалі така автофагосома зливається із лізосомою, що призводить до руйнування пошкоджених клітинних компонентів.

Хронічний стрес спричиняє пришвидшення вкорочення теломер і підвищення рівня гормону наднирників кортизолу в крові. Кортизол, у свою чергу, значно збільшує ймовірність розвитку серцево-судинних захворювань і метаболічних порушень, що призводить до збільшення ризику передчасної смерті. Тому уникання постійного стресу, створення навколо себе приємної і спокійної атмосфери сприятиме збільшенню тривалості життя.

Шкідливі звички, розвиток медицини і стан навколишнього середовища також впливають на тривалість життя

Шкідливі звички — куріння й вживання алкоголю — у будь-якому віці становлять загрозу для організму Відповідно до прогнозів Всесвітньої організації охорони здоров’я у 2020 році щорічно 10 млн людей передчасно помиратиме через куріння (рис. 43.6). Не менш небезпечним є пасивне куріння: вдихання повітря з продуктами куріння тютюну Тому в Україні законодавчо закріплена норма про заборону куріння в публічних місцях: навчальних закладах, лікарнях, громадському транспорті (у тому числі на зупинках), у кафе та ресторанах. Рівень розвитку медицини й екологічний стан у певній місцевості також мають значний вплив на розвиток людини й тривалість її життя.

Наприклад, доведено, що люди, які живуть у сільській місцевості за умов наявності нормального медичного забезпечення живуть довше, ніж люди в містах. Забруднення води й повітря, висока щільність населення, стресові умови життя — усе це призводить до вкорочення життя містян і містянок.

Рис. 43.6. Смертність курців і некурців залежно від віку

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Репродуктивний період у житті людини починається

А народженням першої дитини

Б завершенням підліткового періоду

В статевим дозріванням

Г юнацтвом

Д завершенням формування вторинних статевих ознак

• 2. Під час клітинних поділів теломери вкорочуються, бо

А довга ДНК не потрібна клітині

Б кількість ДНК в клітині є недостатньою

В ферменти реплікації не здатні синтезувати РНК по матриці ДНК

Г ДНК-полімераза не реплікує кінці хромосом

Д специфічна будова теломер блокує повноцінну реплікацію

• 3. Свіжі овочі й фрукти позитивно впливають на тривалість життя людини завдяки

А наявності речовин, що вловлюють активні форми Оксигену

Б наявності в них целюлози, що є джерелом глюкози

В високій калорійності й ефективному забезпеченню організму енергією

Г дешевизні, що полегшує їх купівлю

Д солодкому смаку, що покращує настрій

• 4. Зменшення калорійності їжі призводить у клітині до

А активізації знищення пошкоджених компонентів клітини

Б збільшення ожиріння й ризику серцево-судинних захворювань

В посилення утворення активних форм Оксигену

Г вкорочення теломер хромосом

Д зменшення кількості вітамінів

• 5. Увідповідніть період постембріонального розвитку людини й подію, що в ньому відбувається.

1. малечий період

2. підлітковий період

3. зрілість

4. старість

А інтенсивний ріст молочних залоз

Б народження власних дітей

В формування перших зубів

Г набуття здатності розмовляти

Д порушення структури внутрішніх органів

У житті все просто

• 6. Що спільного й відмінного в процесах статевого дозрівання хлопців і дівчат? Чому, незважаючи на різницю статей, ці процеси мають спільні риси?

• 7. Чому вчені не можуть дійти згоди щодо основної причини старіння людини?

У житті не все так просто

• 8. Опишіть спосіб і умови життя людини, яка прагне дожити до 120 років.

• 9. З еволюційного погляду чим швидше організм утворить нащадків і помре, тим краще. Чому ж тривалість вагітності слона 20—22 місяці, а люди стають статевозрілими більше ніж через 10 років після народження?