43.7: تكوين الأعضاء وتكوين الفقاريات

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196264

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

المهارات اللازمة للتطوير

وصف عملية تكوين الأعضاء
التعرف على المحاور التشريحية المتكونة في الفقاريات

يؤدي تناول الطعام إلى تكوين الطبقات الجرثومية الثلاث التي تؤدي، أثناء التطوير الإضافي، إلى ظهور الأعضاء المختلفة في جسم الحيوان. هذه العملية تسمى أورغانوجينيسيس. يتميز تكوين الأعضاء بحركات سريعة ودقيقة للخلايا داخل الجنين.

أورجانوجينيسيس

تتكون الأعضاء من طبقات الجراثيم من خلال عملية التمايز. أثناء التمايز، تعبر الخلايا الجذعية الجنينية عن مجموعات محددة من الجينات التي ستحدد نوع الخلية النهائي. على سبيل المثال، ستعبر بعض الخلايا في الطبقة الخارجية عن الجينات الخاصة بخلايا الجلد. ونتيجة لذلك، سوف تفرق هذه الخلايا إلى خلايا البشرة. يتم تنظيم عملية التمايز من خلال سلاسل الإشارات الخلوية.

يدرس العلماء عملية تكوين الأعضاء على نطاق واسع في المختبر في ذباب الفاكهة (الدروسوفيلا) والديدان الخيطية Caenorhabditis elegans. تحتوي الدروسوفيلا على أجزاء على طول أجسامها، وقد سمح النمط المرتبط بتكوين الشريحة للعلماء بدراسة الجينات التي تلعب أدوارًا مهمة في تكوين الأعضاء على طول الجنين في نقاط زمنية مختلفة. تحتوي النيماتودا C.elegans على ما يقرب من 1000 خلية جسدية وقد درس العلماء مصير كل من هذه الخلايا أثناء تطورها في دورة حياة النيماتودا. هناك اختلاف بسيط في أنماط سلالة الخلايا بين الأفراد، على عكس الثدييات حيث يعتمد تطور الخلايا من الجنين على الإشارات الخلوية.

في الفقاريات، تتمثل إحدى الخطوات الأساسية أثناء تكوين الأعضاء في تكوين الجهاز العصبي. تشكل الطبقة الخارجية الخلايا والأنسجة الظهارية والأنسجة العصبية. أثناء تكوين الجهاز العصبي، تشير جزيئات إشارة خاصة تسمى عوامل النمو إلى بعض الخلايا الموجودة على حافة الطبقة الخارجية لتصبح خلايا للبشرة. تشكل الخلايا المتبقية في المركز اللوحة العصبية. إذا تعطلت الإشارة بواسطة عوامل النمو، فإن الطبقة الخارجية بأكملها ستتفرق إلى نسيج عصبي.

تخضع اللوحة العصبية لسلسلة من حركات الخلايا حيث تتدحرج وتشكل أنبوبًا يسمى الأنبوب العصبي، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{1}\). في مزيد من التطوير، سيؤدي الأنبوب العصبي إلى ظهور الدماغ والحبل الشوكي.

يوضح الرسم التوضيحي ورقة مسطحة. منتصف الورقة هو الصفيحة العصبية، وتكون البشرة في أي من الطرفين. تفصل حدود اللوحة العصبية الأنبوب العصبي عن البشرة. أثناء التقارب، تطوى اللوحة، وتجمع الطيات العصبية معًا. تندمج الطيات العصبية، وتربط اللوحة العصبية في أنبوب عصبي. تنفصل البشرة وتطوى حول الخارج. — الشكل\(\PageIndex{1}\): تشكل المنطقة المركزية من الإكتودرم الأنبوب العصبي الذي يؤدي إلى ظهور الدماغ والحبل الشوكي.

سوف يتطور الميزوديرم الموجود على جانبي الأنبوب العصبي الفقاري إلى الأنسجة الضامة المختلفة لجسم الحيوان. يعيد النمط المكاني للتعبير الجيني تنظيم الطبقة المتوسطة إلى مجموعات من الخلايا تسمى السوميت مع مسافات بينها. \(\PageIndex{2}\)سوف تتطور العضلات، الموضحة في الشكل، إلى الأضلاع والرئتين والعضلات القطعية (العمود الفقري). يشكل الميزوديرم أيضًا هيكلًا يسمى notochord، وهو على شكل قضيب ويشكل المحور المركزي لجسم الحيوان.

يشبه الجنين دودة الأرض المجزأة ذات الرأس المنتفخ. — الشكل\(\PageIndex{2}\): في هذا الجنين البشري البالغ من العمر خمسة أسابيع، تكون السومات عبارة عن شرائح بطول الجسم. (الائتمان: تعديل العمل من قبل إد عثمان)

تكوين محور الفقاريات

حتى مع تشكل الطبقات الجرثومية، لا تزال كرة الخلايا تحتفظ بشكلها الكروي. ومع ذلك، تحتوي أجسام الحيوانات على محاور جانبية وسطية (من اليسار إلى اليمين)، والظهرية البطنية (الظهر والبطن)، والأمامية الخلفية (الرأس والقدم)، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{3}\).

يُظهر الرسم التوضيحي سمكة مقسمة بخطوط إلى الأطراف الأمامية (الأمامية) والخلفية (الخلفية) والأسطح الظهرية (العلوية) والبطنية (السفلية). — الشكل\(\PageIndex{3}\): تحتوي أجسام الحيوانات على ثلاثة محاور للتناظر. (الائتمان: تعديل العمل من قبل NOAA)

كيف يتم تأسيسها؟ في واحدة من أكثر التجارب المنوية التي أجريت على الإطلاق في علم الأحياء التنموي، أخذ سبيمان ومانغولد الخلايا الظهرية من جنين واحد وزرعوها في منطقة بطن جنين آخر. ووجدوا أن الجنين المزروع يحتوي الآن على حبلين: أحدهما في الموقع الظهري من الخلايا الأصلية والآخر في الموقع المزروع. يشير هذا إلى أن الخلايا الظهرية تمت برمجتها وراثيًا لتشكيل الحبل النوتي وتحديد المحور. منذ ذلك الحين، حدد الباحثون العديد من الجينات المسؤولة عن تكوين المحور. تؤدي الطفرات في هذه الجينات إلى فقدان التناظر المطلوب لتطور الكائن الحي.

تحتوي أجسام الحيوانات على تناظر مرئي خارجيًا. ومع ذلك، فإن الأعضاء الداخلية ليست متماثلة. على سبيل المثال، يوجد القلب على الجانب الأيسر والكبد على اليمين. يعد تشكيل المحور المركزي الأيسر والأيمن عملية مهمة أثناء التطوير. يتم إنشاء هذا التباين الداخلي في وقت مبكر جدًا أثناء التطور ويتضمن العديد من الجينات. لا يزال البحث مستمرًا لفهم الآثار التنموية لهذه الجينات بشكل كامل.

ملخص

تكوين الأعضاء هو تكوين الأعضاء من طبقات الجراثيم. تؤدي كل طبقة جرثومية إلى ظهور أنواع معينة من الأنسجة. المرحلة الأولى هي تكوين النظام العصبي في الطبقة الخارجية. يؤدي الميسوديرم إلى ظهور السوميت والنوتورد. يعد تكوين محور الفقاريات مرحلة تنموية مهمة أخرى.

مسرد المصطلحات

أنبوب عصبي: هيكل يشبه الأنبوب يتشكل من الطبقة الخارجية ويؤدي إلى ظهور الدماغ والحبل الشوكي

أورجانوجينيسيس: عملية تكوين الأعضاء

سوميت: مجموعة من الخلايا مفصولة بمساحات صغيرة تتشكل من الطبقة المتوسطة وتؤدي إلى ظهور الأنسجة الضامة