Эволюция структурно-динамической организации раннего морфогенеза животных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.30, доктор биологических наук Черданцев, Владимир Георгиевич

• Черданцев, Владимир Георгиевич
• доктор биологических наук
• 2001

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эволюция структурно-динамической организации раннего морфогенеза животных»

ЭВОЛЮЦИОННОЕ УСЛОЖНЕНИЕ РАННЕГО МОРФОГЕНЕЗА ГЛАВА 1. КНИДАРИИ

ГЛАВА 2. МОРСКОЙ ЕЖ

ГЛАВА 3. АННЕЛИДНЫЙ ТИП МОРФОГЕНЕЗА

ГЛАВА 4. ХОРДОВЫЕ

ЧАСТЬ II

Заключение диссертации по теме «Биология развития, эмбриология», Черданцев, Владимир Георгиевич

ВЫВОДЫ

1. Грубые (структурно устойчивые) морфогенетические процессы надклеточного уровня существуют в виде пространственных разверток морфогенетического движения - движущихся пространственных серий форм клеток эпителиальных пластов (ЭП), воспроизводящих последовательность изменения формы одной и той же клетки. Геометрия разверток определяет алгоритм их движения.

2. В ходе эволюции последовательно возникают четыре элементарных развертки - первичной эпителизации, инвагинации, латерального потока (все три - в сечении ЭП), и развертка планарной конвергенции (в плоскости поверхности ЭП).

3. Для всех типов разверток имеется положительная обратная связь между отклонением контактных зон клеток от нормальной (по отношению к поверхности эпителиального пласта) ориентации (мода отклонения, МО) и отрицательная - между МО и нормализацией ориентации контактных зон за счет изменения кривизны эпителиального пласта (модой нормализации, МН). Структура прямых и обратных связей разверток МО и МН математически эквивалентна взаимодействию локального автокатализа и дальнего ингибирования в реакционно-диффузионных системах и определяет способность разверток к формированию доменной структуры с понижением порядка симметрии (усложнением) геометрии эпителиальных пластов.

551

4. При сближении темпов изменения полярности ЭП на клеточном и надклеточном уровнях элементарные развертки группируются в развертки более высокого порядка, определяя формирование основных типов эмбрионального плана строения многоклеточных животных (тип книдарий, тип морского ежа, аннелидный тип и тип хордовых) с последовательным понижением порядка их симметрии и возникновением новых эмбриональных тканей.

5. Статистические ряды индивидуальной изменчивости количественных морфологических признаков при формировании эмбриональных структур аналогичны разверткам последовательных стадий их формирования, что позволяет использовать статистический анализ для реконструкции структуры морфогенеза в его эволюционно исходном состоянии.

6. Имеется общая закономерность усложнения структуры первичного эмбрионального плана строения онтогенезе и эволюции: понижение порядка симметрии структуры как целого локализовано в некоторой ее части и происходит при перемещении ее исходной структуры за ее исходные пространственные пределы.

7. Усложнение структурно-динамической организации морфогенеза является эписелекционным следствием отбора по признакам, функционально не связанным с морфогенезом. Новые (более сложные) типы морфогенеза возникают при усложнении исходной формы на основе самоорганизации в пространственных развертках полей морфогенетического движения клеток ЭП из-за потери устойчивости исходного (с более высоким порядком симметрии) состояния без изменения его приспособленности.

552

Список литературы диссертационного исследования доктор биологических наук Черданцев, Владимир Георгиевич, 2001 год

1. И. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М.: Наука,1971.

2. Арнольд В. И. Теория катастроф. М.: МГУ, 1983.

3. Беклемишев В. Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. Т. 1. М.: Наука, 1964.

4. Белинцев Б. Н. Физические основы биологического формообразования. М.: Наука, 1991.

5. Белинцев Б. Н., Белоусов JI. В., Зарайский А. Г. Модель самоорганизации эмбриональных клеточных пластов. В кн.: Теоретические и математические аспекты морфогенеза. М.: Наука, 1985, с.141 151.

6. Белоусов JI. В. Биологический морфогенез. М.: МГУ, 1987.

7. Белоусов JI. В., Дорфман Я. Г., Черданцев В. Г. Быстрые изменения формы и клеточной архитектуры изолированных фрагментов эмбриональной ткани как экспериментальная модель морфогенеза // Онтогенез, 1974, т. 5, с. 323 -332.

8. Белоусов JI. В., Дорфман Я. Г., Черданцев В. Г. Архитектура механических напряжений на последовательных стадиях развития зародыша травяной лягушки // Онтогенез, 1976, т. 6, с. 621 632.

9. Белоусов JI. В., Богдановский С. Б. Клеточные механизмы эмбриональных регуляций у морских ежей // Онтогенез, 1980, т. 11, с. 467 475.

10. Ю.Герстадиус С., Густафсон Т. К физиологии развития морского ежа. В кн.: Некоторые проблемы современной эмбриофизиологии. М.: ИЛ, 1951, с. 157- 165.

11. П.Гилберт С. Биология развития. Т. 1. М.: Мир, 1993.

12. Глухова Е. В., Черданцев В. Г. Микроскладки в супрабластопоральной зоне гаструлы лягушки и их отношение к механике и геометрии гаструляции // Онтогенез, 1999, т. 30, с. 425 436.

13. Гурвич А. Г. О понятиях нормировки и детерминации в биологии // Вопросы философии и психологии, 1911, т. 107.553

14. Гурвич А. Г. Теория биологического поля. М.: Наука, 1944.

15. Давыдов К. Н. Эмбриология беспозвоночных. СПб Киев: Сотрудник, 1914.

16. Детлаф Т. А. Нейруляция у бесхвостых амфибий как комплексный формообразовательный процесс. В сб.: Труды НИИ экспериментального морфогенеза МГУ. М.: МГУ, 1938, с. 187 200.

17. П.Дорфман Я. Г., Черданцев В. Г. (а) Структура морфогенетических движений гаструляции у бесхвостых амфибий // Онтогенез, 1977, т. 8, с. 238-262.

18. Дорфман Я. Г., Черданцев В. Г. (б) Роль силы тяжести в раннем морфогенезе. В кн.: Внешняя среда и развивающийся организм. М.: Наука, 1977, с. 146-161.

19. Дриш Г. Витализм. Его история и система. М., 1915, авт. пер. А. Г. Гурвича.

20. Исаева В. В., Преснов Е. В. Топологическая структураморфогенетических полей. М.: Наука, 1990.

21. Иванова Казас О. М. Сравнительная эмбриология беспозвоночных. М.: Наука, 1978.

22. Иванова Казас О. М. Эволюционная эмбриология животных. СПб: Наука, 1995.

23. Калюжный А. Е., Черданцев В. Г. Агрегация эмбриональных клеток вьюна Misgurnus fossilis L. in vivo и in vitro // Журнал эволюционной биохимии и физиологии, 1988, т. 24, с. 808 816.554

24. Кольцов Н. К. Развитие головы миноги. Ученые записки Московского университета, 1901, выпуск 16.

25. Краус Ю. А., Черданцев В. Г. Первичная эпителизация клеток в раннем развитии морского гидроида Dynamena pumila L. // Онтогенез, 1995, т. 26, с. 185 189.

26. Краус Ю. А., Черданцев В. Г. Изменчивость и эквифинальность раннего морфогенеза у морского гидроида Dynamena pumila L. // Онтогенез, 1999, с. 119-129.

27. Креславский А. Г. Отбор по структурированным признакам и направленная эволюция // Журнал общей биологии, т. 49, с. 243 250.

28. Креславский А. Г. О происхождении морфологических инноваций. В кн.: Современная эволюционная морфология. Киев: Наукова Думка, 1991, с. 176- 189.

29. Креславский А. Г., Дервиз Н. В. Экологические основы поддержания изменчивости по числу стерноплевральных щетинок в популяциях Drosophila melanogaster // Зоол. журн., 1987, т. 66, с. 724 734.

30. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Статистическая физика. М.: Наука, 1976.

31. Линдаль П. Материалы к физиологии формообразования морского ежа. В кн.: Некоторые проблемы современной эмбриофизиологии. М.: ИЛ, 1951, с. 126 -157.

32. Львов В. Образование зародышевых листков и происхождение хорды и мезодермы у позвоночных. Москва, 1983.

33. Малахов В. В. Проблема построения общей системы многоклеточных. В кн.: Современная эволюционная морфология. Киев: Наукова Думка, 1991, с. 193-213.

34. Малахов В. В., Черданцев В. Г. Эмбриональное развитие свободноживущей нематоды Pontonema vulgare // Зоол. журн., 1975, т. 54, с. 165 174.

35. Маресин В. М. Геометрия формирования биологических тканей. В кн.: Математическая биология развития. М.: Наука, 1982, с. 112 126.555

36. Мартынов JI. А. Роль макроскопических процессов в формообразовании (физические и математические модели). В кн.: Математическая биология развития. М.: Наука, 1982, с. 135 155.

37. Мещеряков В. Н., Белоусов JI. В. Пространственная организация дробления // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. «Морфология человека и животных. Антропология.», 1978, Т. 8.

38. Мещеряков В. Н. Как гены различают правое и левое? В кн.: Аналитические аспекты дифференцировки. М.: Наука, 1991, с. 137 -166.

39. Нейман Дж. Теория самовоспроизводящихся автоматов. М.: Мир, 1971.

40. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979.

41. Преснов Е. В., Исаева В. В. Морфогенетические поля. В кн.: Теоретические и математические аспекты морфогенеза. М.: Наука, 1987, с. 208-218

42. Пташне М. Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг А. М.: Мир, 1988.

43. Регирер С. А., Штейн, А. А. Механохимические модели морфогенеза. В кн.: Теоретические и математические аспекты морфогенеза. М.: Наука, 1987, с. 151-161.

44. Романовский Ю. М., Степанова Н. В., Чернавский Д. С. Математическая биофизика. М.: Наука, 1984.

45. Рэфф Р., Коффмен Т. Эмбрионы, гены и эволюция. М.: Мир, 1986.

46. Савельев С. В. Некоторые аспекты формообразования мозга амфибий // Онтогенез, 1985, т. 16, с. 620 627.

47. Саксен JL, Тойвонен С. Первичная эмбриональная индукция. М.: ИЛ,1963.

48. Светлов П. Г. Физиология (механика) развития. Т. 2. Л.: Наука, 1978.556

49. Северцов А. С., Креславский А. Г., Черданцев В. Г. Эписелекционные процессы в эволюции // Журн. общей биологии, 1991, т. 52, с. 464 -475.

50. Северцов А. С., Креславский А. Г., Черданцев В. Г. Три механизма эволюции. В кн.: Современные проблемы теории эволюции. М.: Наука, 1993, с. 47-71.

51. Скобеева В. А., Черданцев В. Г. Дорсовентральная поляризация гаструляционных движений у зародышей чесночницы (Pelobates fuscus L.) // Онтогенез, 1999, т. 30, с. 436 447.

52. Уоддингтон К. X. Стратегия генов. М.: ИЛ, 1957

53. Уоддингтон К. X. Морфогенез и генетика. М.: Мир, 1964.

54. Филатов Д. П. Сравнительно-морфологическое направление в механике развития. Его объект, цели и пути. М.: Наука, 1939.

55. Хакен К. Синергетика. М.: Мир, 1980.

56. Ходдэн Дж. Б. С. Факторы эволюции. Государственное издательство биологической и медицинской литературы, 1935.

57. Черданцев В. Г., Малахов В. В., Горголюк Н. А. О раннем дроблении некоторых нематод // Онтогенез, 1972, т. 6, с. 633 635.

58. Черданцев В. Г. Ротовое поле зародышей бесхвостых амфибий: морфогенез и направления эволюции. Автореферат канд. дисс. М.: МГУ, 1977.

59. Черданцев В. Г. Пространственные развертки морфогенетических движений как элементы ротового поля бесхвостых амфибий // Онтогенез, 1977, т. 8, с. 335 -360.

60. Черданцев В. Г. Морфогенез осевых структур у амфибий при изменении структуры гаструляционных движений // ДАН СССР, 1983, т. 272, с. 971 -974.

61. Черданцев В. Г. Явления эпиморфной регуляции при морфогенезе осевых структур у амфибий // ДАН СССР, 1983, т. 272, с. 1239 1242.557

62. Черданцев В. Г. Проблема эволюции морфогенетического поля. Бюлл. МОИП, 1984, т. 89, с. 40-49.

63. Черданцев В. Г. Краниокаудальная детерминация осевых структур у зародышей амфибий. В кн.: Механизмы детерминации. М.: Наука, 1990, с. 130- 154.

64. Черданцев В. Г. Индукция и дифференцировка осевых структур у миноги //Журн. общей биологии, 1991, т. 52, с. 89 103.

65. Черданцев В. Г. Эволюционная самоорганизация морфогенеза. В кн.: Современные проблемы теории эволюции. М.: Наука, 1993, с. 110 -128.

66. Черданцева Е. М., Черданцев В. Г.

67. Черданцева Е. М. Роль силы тяжести в раннем развитии костистой рыбы Brachidanio rerio. Автореферат канд. дисс. М.: МГУ, 1983.

68. Шишкин М. А. Индивидуальное развитие и естественный отбор // Онтогенез, 1984, т. 15, с. 115 136.

69. Шмальгаузен И. И. Основы сравнительной анатомии. М.: Наука, 1947.

70. Шмальгаузен И. И. Факторы эволюции. М.: Наука, 1947.

71. Шмальгаузен И. И. Проблемы дарвинизма. М.: Наука, 1969.

72. Шубников А. В., Копцик В. А. Симметрия в науке и в искусстве. М.: Наука, 1972.

73. Anikin A. W. Das morphogene Feld der Knorpelbidung // Roux Arch, 1929, B. 114.

74. Beloussov L. V. The dynamic architecture of a developing organism. Kluwer Acad. Publishers, 1998.

75. Beloussov L. V., Dorfinan J. G., Cherdantsev V. G. Mechanical stresses and morphological patterns in amphibian embryos // J. Embryol. Exp. Morphol., v. 34, p. 559 574.

76. Beloussov L. V. The dynamic architecture of a developing organism. Kluwer Acad. Publishers, 1998.

77. Ballard W. W. A new fate map for Salmo gairdneri // J. Exp. Zool., v. 184, p. 49-73.

78. Ballard W. W. Morphogenetic movements and fate maps of vertebrates // Am. Zool., v. 21, p. 391 -399.

79. Buss L. The evolution of individuality. Princeton University Press, 1987.

80. Cherdantsev V. G., Scobeyeva V. A. The morphological basis of self-organization // Rivista Biology Forum, 1994, v. 87, p. 57 -85.

81. Cherdantsev V. G., Kreslavsky A. G., Severtsov A. S. Episelective evolution // Evolutionary Theory, 1996, v. 11, p. 69 87.

82. Cherdantsev V. G., Kraus Yu. A. Gastrulation in the marine hydroid Dynamena pumila: An example of evolutionary anticipation based on developmental self-organization // Evolutionary Theory, 1996, v. 11, p. 89 -98.559

83. Cherdantsev V. G., Scobeyeva V. A. On Gurwitsch's Morphogenetic Law. In: Biophotonics / Eds. L. V. Beloussov, F. A. Popp. M. Bioinformservices, 1996, p. 53 -70.

84. Cherdantsev V. G., Kraus Yu., Scobeyeva V. A. Spatial unfoldings of cell morphogenetic movements: A new version of the Gurwitsch morphogenetic field // In: Biophotonics and coherent systems. MSU Press, 2000, p. 53 -67.

85. Child C. Patterns and problems of development. Chicago University Press, 1941.

86. Delbruck M. Unites biologiques douees de continuite genetique. C. N. R. S., Paris, 1949.

87. Ellinson R. P., Palecek J. Independence of two microtubule systems in fertilized frog eggs: the sperm aster the vegetal parallel array // Roux's Arch. Devel. Biol., 1993, v. 202, p. 233 240.

88. Elsdale T. Pattern formation in fibroblast cultures: an inherently precise morphogenetic process. In: Towards a Theoretical Biology, Edinburgh University Press, 1972, V. 4, p. 95 108.

89. Falconer D. S. Introduction to Quantitative Genetics. London: Longman, 1981.

90. Freeman G. The role of polarity in the development of the hydrozoan planula larva//W. Roux' Arch. Devel. Biol., 1981, v. 190, p. 168 184.

91. Gemmill J. F. The development of the sea anemones Metridium dianthus (Ellis) and Adamsia palliata (Bohad) // Phil. Trans. Roy. Soc. London (B), 1920, v. 209, p. 351 -375.

92. Goodwin В. C. How the Leopard changed its spots. The evolution of complexity. Weidenfeld and Niicolson, London, 1994.

93. Gould S. J., Lewontin R. S. The spandrels of San

94. Marco and the Panglossian paragigm: a critique of the adaptationist programme // Proc. Roy. Soc. London, 1979, v. B205, p. 581 598.

95. Gurwitcsh A. G. Der Vererbungsmechanismus der Form // Arch. Enwicklungsmech. des Organismen, 1914, v. 39,p. 516-577.560

96. Gurwitcsh A. G. Uber den Begriff des embryonalen Feldes // Arch. Enwicklungsmech. des Organismen, 1922, v. 51, p. 383 415.

97. Gustafson Т., Wolpert L. Cellular movements and contacts in sea urchin morphogenesis // Biol. Rev., 1967, v. 42, p. 442 498.

98. Hardin J., Keller R. The behaviour and function of bottle cells during gastrulation ofXenopus laevis //Development, 1988, v. 103, p. 211 230.

99. Harris A. K., Stopak D., Warner P. Generation of spatially periodic patterns by a mechanical instability: a mechanical alternative to the Turing model // J. Embryol. Exp. Morphol., 1984, v. 80, p. 1 20.

100. Hatschek B. Studien uber Entwicklung des Amphioxus. Arbeiten aus dem Zoologishben Institute der Universitat Wien, 1881.

101. Hertwig O. Handbuch der vergleichenden und experimetellen Entwicklungslehre der Wirbeltiere. Bd. 1. Yena, G. Fisher Verlag, 1906.

102. Horstadius S. The mechanics of sea-urchin development studied by operative methods // Biol. Rev., 1939, v. 14, p. 132 179.

103. Jacobson A. G. Inductive processes in embryonic development // Science, 1966, v. 152, p. 25 -34.

104. Keller R. E. Vital dye mapping of the gastrula and neurula ofXenopus laevis // Develop. Biol., 1976, v. 51, p. 118 137.

105. Keller R. E. Cell rearrangements in morphogenesis // Zool. Sci., 1987, v. 4, p. 763 -779.

106. Kimmel С. В., Warga R. M., Schilling T. F. Origin and organization of the zebrafish fate map // Development, 1990, v. 108, p. 581 595.

107. Marshall A. M. Vertebrate Embryology. London, Smith, Elder, 1893.

108. Meinhardt H. Models of biological pattern formation. Academic Press, 1982.561

109. Maynard Smith J. Evolution and the Theory of Games. Cambridge University Press, 1982.

110. Moody S. A. Fates of the blastomeres of the 32 cell stage Xenopus embryo // Devel. Biol., 1987, v. 122, p. 300-319.

111. Lewontin R. S. The Genetic Basis of Evolutionary Change. New- York: Columbia University Press, 1974.

112. Nieuwkoop P. The "organization center" of the amphibian embryo: its origin, spatial organization and morphogenetic action. In: Advances in Morphogenesis, 1973, v. 10, p. 1 -39.

113. Prigogine I. From being to becoming. Time and complexity in the Physical Sciences. W. H. Freeman and Co, N. Y., 1980.

114. Shih J., Keller R. Patterns of cell motility in the organizer and dorsal mesoderm of Xenopus laevis // Development, 1992, v. 116, p. 915 930.

115. Slack J. M. W. From Egg to Embryo: Determinative Events in Early Development. Cambridge University Press, 1983.

116. Slack J. M. W. Inducing factors in Xenopus early embryos // Current Biology, v. 4, p. 116-126.

117. Smith J. C., Slack J. M. W. Dorsalization and neural induction properties of the organizer in Xenopus laevis.

118. Spemann H. Experimentelle Beitrage zu einer Theorie der Entwicklung. Springer Verlag, 1936.

119. Thom R. Stabilite structurelle et morphogenese. Menlo Pare., Calif. W. A. Benjamin ed., 1969.562

120. Thorn R. Structuralism and biology. In: Towards the Theoretical Biology, Edinburgh University Press, 1972.

121. Thomson D'Arsi. On growth and form. Cambridge University Press, 1942.

122. Trinkaus J. P. Mediation of cell surface behavior by intercellular contacts // Zoon, 1978, v. 6, p. 51-63.

123. Turing A. M. The chemical basis of morphogenesis // Phil. Trans. Roy. Soc. London, v. В 237, p. 37 72.

124. Valen van L. Homology and causes // Journa of Morphology, 1982, v. 173, p. 305-312.

125. Vincent J-P, Sharf G. F., Gerhart J. C. Subcortical rotation in Xenopus eggs: a preliminary study of its mechanochemical basis. In: Cell Motil Cytoskeleton, 1977, v. 8, p. 143 154.

126. Voronov D. A., Panchin Yu. V. Cell lineage in a marine nematode Enoplus brevis // Development, 1998, v. 125, p. 143 -150.

127. Waddington С. H. Organizers and Genes. Cambridge University Press, 1940.

128. Waddington С. H., Translocation of the organizer in the gastrula of Discoglossus // Proc. Zool. Soc. London, 1941, Ser. A. V. Ill, p. 189 -198.

129. Waddington С. H. Form and information. In: Towards a Theoretical Biology. Edinburgh University Press, V. 4, 1972, p. 109 141.

130. Waddington С. H., Yao T. Studies on regional specificity within the organization center of the Urodeles // J. Exp. Biol., 1950, v. 27, p. 126 -144.

131. Wolpert L. Positional information and spatial pattern of cellular differentiation // Journal of Theoretical Biology, 1969, v. 25, p. 76-89.

132. Wright S. Evolution and the Genetics of Populations. V 2: The Theory of Gene Frequencies. Chicago University Press, 1969.

133. Warga R. M., Kimmel С. B. Cell movements during epiboly and gastrulation in zebrafish // Development, 1990, v. 108, p. 569 581.563

134. Zeeman E. С. Differential equations for the heartbeat and nerve impulse. In: Towards a Theoretical Biology. Edinburgh University Press, V. 4, 1972, p. 8-32.