Филогенетические преобразования функций органов

Принципы возникновения новых органов

Появление принципиально новых структур в процессе филогенеза опирается на принцип дифференциации. Однако этот механизм не работает «с нуля». Базовым условием для формирования нового органа служит мультифункциональность существующих анатомических структур. Если орган изначально способен выполнять несколько задач, в ходе эволюции он может развиваться в новых направлениях, что в итоге приводит к глобальным изменениям его работы.

Смена и расширение функций

Эти два механизма демонстрируют, как меняется иерархия задач внутри одной структуры:

1. Смена функций характеризуется утратой биологической значимости основной задачи органа. При этом на первый план выходит функция, которая ранее была лишь второстепенной. Этот процесс всегда сопровождается морфологической перестройкой.

Примеры:

• Переход предков позвоночных к челюстному аппарату привел к тому, что плакоидная чешуя трансформировалась в полноценные зубы.
• Плавательный пузырь, характерный для кистеперых рыб, эволюционировал в легкие — орган для дыхания атмосферным воздухом.
• Возникновение молочных желез у млекопитающих. Они гомологичны обычным потовым железам. У предков млекопитающих (как и у современных однопроходных, высиживающих яйца, таких как утконос и ехидна) встречались очаговые скопления потовых желез, функция которых со временем кардинально сменилась.

1. Расширение функций подразумевает, что орган сохраняет свои изначальные задачи, но приобретает дополнительные, увеличивая функциональный репертуар.

Пример: Передняя конечность человека (рука). Изначально она служила исключительно для передвижения. В ходе эволюции к этому добавилась способность хватать объекты, и в конечном итоге конечность стала сложным органом труда.

Усиление и активация

Преобразования могут касаться степени интенсивности работы органа и его перехода из пассивного состояния в активное.

• Усиление (интенсификация) функций. Происходит за счет значительного увеличения количества основных функциональных единиц. Визуально это часто проявляется ростом размеров органа и глубокой перестройкой его тканей на гистологическом уровне. Классические примеры: эволюционное развитие переднего мозга у позвоночных и усложнение млечных желез путем наращивания количества их долей.

• Активация функций. В этом случае органы, ранее бывшие пассивными структурами, становятся активными элементами. Ярким примером служит формирование у наземных позвоночных и человека антагонистических мышц на конечностях (например, мышц бедра и подколенного сухожилия). Это позволило создать полноценный активный аппарат сгибания и разгибания.

Субституция (замещение)

Субституция представляет собой радикальный путь эволюции, при котором один орган полностью уступает свое место другому. Новая структура берет на себя функции предшественника.

Что происходит со старым органом? Он либо бесследно исчезает в процессе филогенеза, либо редуцируется до рудиментарного состояния.

Классические примеры субституции:

• Опорная функция: первичная хорда замещается более сложным позвоночником.
• Выделительная система: у позвоночных головная почка со временем уступает место туловищной почке.

Клиническое значение: нарушение эмбрионального развития

Изучение филогенетических механизмов помогает понимать природу тяжелых патологий развития мозга, в частности, нарушений миграции нейронов.

Редчайшей аномалией такого рода является перивентрикулярная (нодулярная) гетеротопия (PNH).

Суть патологии заключается в том, что в процессе формирования нервной системы островки клеток серого вещества не достигают коры. Они останавливаются в толще белых волокон, локализуясь прямо под эпендимой (возле желудочков). Несмотря на столь серьезную аномалию, интеллект у таких пациентов может оставаться на высоком уровне, однако часто проявляются узкоспецифические трудности, например, проблемы с освоением чтения.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Морфологическая взаимосвязь плакоидной чешуи и зубов челюстноротых
• Гистогенез и филогенез млечных и потовых желез
• Эволюция выделительной системы: смена типов почек у позвоночных
• Механизмы миграции нейронов и патогенез гетеротопии серого вещества

Другие темы раздела «Общие закономерности филогенеза организмов»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.