12345
Początki organizmu, czyli Ex ovo omnia
Marek Maleszewski
Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego
 
Motto:
CZAS jest to sposób, w jaki NATURA sprawia, że
wszystko nie dzieje się jednocześnie
Anonim

„Wszystko z jaja pochodzi” - myśl tę wyraził w roku 1651 William Harvey w dziele De Generatione Animalium (O powstawaniu zwierząt). Jak to jednak zwykle bywa z opiniami natury ogólnej, nie do końca prawdą jest, że „wszystko co żyje, z jaja się wywodzi”. Owszem, większość zwierząt - w tym wszystkie kręgowce - rozmnaża się płciowo, a zapłodniona komórka jajowa stanowi kluczowy element tego procesu. Także w świecie roślin bardzo często wyznacza ona początek rozwoju nowego organizmu. Cóż jednak począć z tak licznymi typami istot żywych, u których rozmnażanie płciowe nie występuje, a początkiem nowej generacji jest podział mitotyczny osobnika należącego do poprzedniego pokolenia? Wszak organizmy jednokomórkowe tego typu podlegają innym prawom niż my tkankowce, a jednokomórkowce nie stosują się nawet do zasady, od której pozornie wyjątków być nie może - zasady, że „wszystko co żyje, umrzeć musi”! Przy głębszym zastanowieniu łatwo bowiem zauważyć, że rzeczywiście bakteria lub pierwotniak, na przykład znany wszystkim ze szkoły pantofelek, wcale nie musi umierać - zamiast tego może się podzielić. Powstają wówczas dwa organizmy siostrzane: nie ma tu pokolenia rodziców ani dzieci, a wszystkie żyjące w danej chwili osobniki organizmów jednokomórkowych nie mają martwych przodków. Dopiero u wielokomórkowców śmierć staje się nieodłącznym elementem cyklu życiowego, przy czym ich komórki ulegają specjalizacji na somatyczne i rozrodcze. Jedynym zadaniem tych ostatnich jest reprodukcja.

Kliknij, aby zobaczyć powiększenie
Ryc. 1. Rycina z dzieła Wiliama Harveya De Generatione Animalium, opublikowanego w roku 1651. Z książki Austin i Short Reproduction in Mammals: 1; Germ cells and fertilization, Cambridge University Press 1972, 1982, Cambridge, New York, Melbourne, s. 61.

Jak już wspomniano, większość zwierząt (w tym wszystkie kręgowce) rozmnaża się płciowo, czyli organizm nowej generacji powstaje z pojedynczej, zapłodnionej komórki jajowej. Przed biologami rozwoju stoi więc podstawowe pytanie: w jaki sposób komórka ta przekształca się w całkowicie ukształtowany organizm należący do kolejnego pokolenia? Jakie procesy sprawiają, że mikroskopijne (o średnicy ok. 0,1 mm, czyli w istocie dość duże jak na pojedynczą komórkę) zapłodnione jajo ludzkie w ciągu 9 miesięcy ciąży przekształca się w noworodka?

Wzrost, różnicowanie komórkowe i morfogeneza w czasie rozwoju zarodkowego, a także już po urodzeniu osobnika, muszą przebiegać w sposób doskonale skoordynowany i podlegać ścisłej kontroli. Wystarczy przecież, by komórki tworzące na przykład kończynę czy nerkę przeszły tylko o jeden podział za dużo, a powstający narząd zostanie poważnie zdezorganizowany. Aby narząd wzroku mógł funkcjonować jako receptor bodźców świetlnych, tkanki oka muszą rozwijać się w sposób zapewniający prawidłowe ich rozmieszczenie. Przy konstruowaniu obiektywów stosuje się bardzo precyzyjne urządzenia, zapewniające doskonałość optyczną, tymczasem zawiązek oka osiąga ten sam efekt, wykorzystując tylko wzajemne oddziaływanie grup komórek.

Program rozwojowy zarodka jest zapisany w genomie zapłodnionego oocytu, na który składają się dwa haploidalne zestawy chromosomów, odziedziczone po ojcu i matce. Aktywacja genów niezbędnych dla prawidłowego rozwoju w odpowiednim czasie i miejscu zależy jednak od cytoplazmy jaja. Jedno z fundamentalnych pytań, na które usiłuje znaleźć odpowiedź biologia rozwoju, brzmi: czy w strukturze zapłodnionego jaja zapisany jest wzór (ang. pattern) rozwoju organizmu? Można to sformułować bardziej szczegółowo i zapytać, kiedy powstają osie i płaszczyzny symetrii zarodka, płodu i organizmu dorosłego: oś przednio-tylna, grzbieto-brzuszna, a także kiedy zachodzi zróżnicowanie organizmu na jego stronę prawą i lewą. Czy wykształca się ono na późniejszych etapach rozwoju, czy też zaznacza się już w zapłodnionym jaju? A może osiowość zarodka pojawia się jeszcze wcześniej, zanim do oocytu wniknie plemnik? Jeżeli zaś przyjmiemy, że istotnie w zapłodnionym jaju zapisany jest wzór rozwoju organizmu, to natychmiast staniemy przed następnym problemem: w jaki sposób struktura zapłodnionego jaja kontroluje rozwój zarodka?

Niezwykły rozwój technik biologii molekularnej, jaki nastąpił w ciągu ostatnich kilkunastu lat, umożliwił rozwiązanie wiele interesujących nas zagadek. Okazało się na przykład, że u większości gatunków wykorzystywanych do badań jako tzw. organizmy modelowe, w strukturze zapłodnionego jaja rzeczywiście zapisany jest wzór rozwoju zarodka. Coraz lepiej poznajemy również sposób, w jaki struktura zapłodnionego jaja kontroluje jego rozwój. Należy tutaj wyjaśnić, co rozumiemy pod pojęciem organizmu modelowego. Otóż jeżeli ktoś bada na przykład rybkę akwariową Danio rerio czy też muszkę owocową Drosophila melanogaster, nie oznacza to wcale, że jest ichtiologiem lub entomologiem. Najprawdopodobniej stosuje on techniki biologii molekularnej w pracach nad mechanizmami regulującymi funkcjonowanie żywych organizmów, a wspomniane gatunki to jedynie obiekty z różnych względów wygodne do takich badań. Wybór obiektu ma znaczenie drugorzędne i zależy od zagadnienia, będącego przedmiotem zainteresowania naukowców.

12345
powrót na górę strony
Wykład
Początki organizmu, czyli Ex ovo omnia
Strona
1/5
Autor
Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego
Kliknij nazwisko autora, aby zobaczyć notkę biograficzną w serwisie Nauka Polska