Метамерия

Роль метамерного строения для функционирования органов

Одной из основных ролей метамерного строения для функционирования органов является повышение их адаптивности и гибкости. Благодаря метамерии, органы могут наилучшим образом адаптироваться к окружающей среде и выполнять свою функцию даже при изменяющихся условиях.

Кроме того, метамерия позволяет органам иметь разветвленную структуру, что повышает их эффективность. Каждый из метамеров может работать независимо, выполнять свою функцию и взаимодействовать с другими метамерами, обеспечивая более гибкое и эффективное функционирование органов в целом.

Еще одной важной ролью метамерного строения для функционирования органов является устойчивость и регенерация. Благодаря наличию метамеров, органы могут легко восстановить свою структуру и функцию при повреждениях или травмах. Каждый метамер может быть регенерирован отдельно, что обеспечивает быстрое восстановление и работоспособность органов

Каждый метамер может быть регенерирован отдельно, что обеспечивает быстрое восстановление и работоспособность органов.

Вывод: Метамерное строение играет важную роль в функционировании органов, обеспечивая им адаптивность, гибкость, эффективность, устойчивость и возможность восстановления. Эта особенность органического тела способствует успешной адаптации и выживанию организмов в различных условиях среды.

Генетика и онтогенез

Мезодермальные структуры, такие как органы выделения, целомические полости, повторяются в отличие от эндодермальных и эктодермальных благодаря особым гомеозисным генам , которые имеют свойство повторять одну и ту же генетическую программу несколько раз.

Гетерономная метамерия стрекозы

Во многих случаях имеется также метамерная репликация ганглиев и комплексов нервной системы эктодермального происхождения. У многих кольчатых червей и членистоногих метамеризм очевиден, поскольку метамеры разграничены внешними бороздами, окружающими тело. Внутренне части основных органических систем и аппаратов повторяются в каждом метамере. У моллюсков , рано отделившихся от двух упомянутых типов, остатки метамерий обнаруживаются у довольно примитивных классов, таких как полиплакофоры и моноплакофоры , тогда как у более продвинутых типов видимых остатков нет.

У хордовых метамерия проявляется внутренне, особенно как способ эмбрионального роста. Серийные анатомические признаки, такие как позвонки, миомеры рыб, почечные канальцы и т. д., подтверждают это. Это яркие примеры организмов, имеющих метамеры, тесно сгруппированные в тагматы . У хордовых метамеры каждой тагмы слиты до такой степени, что снаружи непосредственно видны лишь немногие повторяющиеся черты. Эти структуры численно повторяются у животных и называются серийными гомологиями. Хотя они и имеют явное метамерное происхождение, лишь в некоторых случаях они остаются достаточно однородными. Тщательные исследования обнаруживают метамерии в тагматах этих организмов. Очевидные примеры рудиментарных метамерных структур включают жаберные дуги и нервы. Прямые мышцы живота, позвоночник человека и многое другое имеют метамерное происхождение.

Часы и модель волнового фронта — это модели, используемые для описания синхронизации в модели волнового фронта ; они используются для описания процесса сомитогенеза у позвоночных, процесса образования сомитов , блоков мезодермы, дающих начало разнообразным соединительным тканям . Модель описывает расщепление сомитов параксиальной мезодермы в результате осциллирующей экспрессии определенных белков и их градиентов.

Терминология

Примеры метамерного строения в природе

1. Метамерное строение у червей

Черви, такие как многоножки или кольчатые черви, имеют метамерное строение тела. Их тело состоит из повторяющихся сегментов, называемых метамерами. Каждый метамер содержит примерно одинаковый набор органов и тканей, таких как нервная система, мышцы и кишечный тракт.

2. Метамерное строение у насекомых

У насекомых также есть метамерное строение тела. Они имеют сегментированное тело, состоящее из головы, груди и брюшка. Каждый сегмент имеет свою функциональность и может выполнять разные задачи. Например, передние сегменты груди могут быть специализированы для передвижения, а задние сегменты брюшка могут быть специализированы для пищеварения и размножения.

3. Метамерное строение у рыб

Некоторые рыбы также имеют метамерное строение тела. Например, у сомовых рыб и рыб семейства карповых каждая чешуя соответствует одному метамеру. Это обеспечивает гибкость и защиту для рыб, позволяя им двигаться и защищаться от хищников.

4. Метамерное строение у моллюсков

У некоторых моллюсков, таких как головоногие (например, осьминоги и кальмары), метамерное строение тела проявляется в ряде повторяющихся сегментов, называемых метамерами. Эти сегменты содержат органы и структуры, такие как мозг, глаза, части головы и тела, которые позволяют моллюскам выполнять различные функции, такие как передвижение, защита и поиск пищи.

5. Метамерное строение у растений

Хотя большинство растений не имеют метамерного строения тела, некоторые растения, такие как бамбук и кукуруза, имеют метамерное строение стебля. У них есть повторяющиеся секции, называемые колосками, которые содержат листья и стебельные узлы. Это позволяет растениям расти быстро и эффективно использовать доступные ресурсы.

Примеры метамерного строения в природе подчеркивают важность этого принципа организации тела. Он обеспечивает гибкость, эффективность и специализацию, которые необходимы для выживания и функционирования организмов в различных средах

В растениях

Метамер — это один из нескольких сегментов, которые участвуют в конструкции побега или на которые может быть (по крайней мере) концептуально разделен росток. В метамеристической модели растение состоит из серии «фитонов» или фитомеров, каждый из которых состоит из междоузлия и его верхнего узла с прикрепленным листом. Как писал Аса Грей (1850):

Ветка, или сам простой стебель, явно представляет собой совокупность одинаковых частей, расположенных одна над другой в непрерывном ряду, развивающихся одна из другой в последовательных поколениях. Каждый из этих сочленений стебля, несущий лист на вершине, является элементом растения; или, как мы его называем, фитон — потенциальное растение, имеющее все органы вегетации, а именно стебель, лист, а в его нисходящем развитии даже корень или его эквивалент. Этот взгляд на состав растения, хотя и не новый, не получил должной оценки. Считаю необходимым для правильного философского понимания растения.

Некоторые растения, особенно травы, демонстрируют довольно четкую метамерную конструкцию, но у многих других либо отсутствуют дискретные модули, либо их наличие более спорно. Теорию фитона критиковали как чрезмерно остроумную академическую концепцию, которая имеет мало отношения к реальности. Имс (1961) пришел к выводу, что «концепции побега как состоящего из ряда структурных единиц были затемнены доминированием теории стебля и листа. Анатомических единиц, подобных этим, не существует: побег является основной единицей». Даже в этом случае другие по-прежнему считают сравнительное исследование по длине метамерного организма фундаментальным аспектом морфологии растений.

Метамерные концепции обычно разделяют вегетативную ось на повторяющиеся единицы по ее длине, но возможны конструкции, основанные на других делениях. Теория модели трубок предполагает, что растения (особенно деревья) состоят из отдельных трубок («метамеров»), каждая из которых поддерживает определенное количество фотосинтетической ткани. Вертикальные метамеры также предполагаются в некоторых пустынных кустарниках, у которых стебель преобразован в отдельные полосы ксилемы, каждая из которых имеет непрерывность от корня к побегу. Это может позволить растению отслоить большую часть своей системы побегов в ответ на засуху, не повреждая оставшуюся часть.

У сосудистых растений система побегов принципиально отличается от корневой системы тем, что первая имеет метамерное строение (повторяющиеся единицы органов; стебель, лист и соцветие), а вторая — нет. Эмбрион растения представляет собой первый метамер побега у сперматофитов или семенных растений.

Считается, что растения (особенно деревья) имеют « модульную конструкцию », модуль представляет собой ось, на которой осуществляется вся последовательность воздушной дифференциации от зарождения меристемы до начала половой жизни (например, развитие цветка или шишки), которая завершает свое развитие. Эти модули считаются развивающими, не обязательно структурными.

Клиническое значение метамерии

Клиническое значение метамерии особенно существенно в топической диагностике нек-рых поражений спинного мозга, периферических нервов, отчасти мозгового ствола. Метамером спинного мозга считают участок его вдоль длинной оси, состоящий из заднего и переднего рога с двумя парами задних (чувствительных) и передних (двигательных) корешков. Задние корешки представляют собой аксоны нервных клеток спинномозговых узлов, имеющих строго метамерное строение. Длинные дендриты этих нейронов участвуют в построении сплетений и периферических нервов, к-рые содержат и двигательные волокна — аксоны клеток передних рогов. Совокупность всех этих пучков нервных волокон называют нейромером. Мышцы, иннервируемые двигательными клетками одного сегмента спинного мозга, образуют миомер. Т. о., каждый сегмент спинного мозга имеет отношение к определенной группе мышц. На этом основании при обнаружении у больного вялого атрофического пареза с соответствующим составом пострадавших мышц можно установить топику поражения (см. Спинной мозг). Повреждение клеток передних рогов и передних корешков отличается от поражения сплетений и периферических нервов, при к-рых страдают другие группы мышц и, кроме того, присоединяются расстройства чувствительности. Поражения мотонейронов передних рогов встречаются при ряде заболеваний (полиомиелит, клещевой энцефалит, Дюшенна болезнь и др.). Для дифференциации сегментарного и неврального поражения в последние годы применяют электромиографию (см.).

Между чувствительной иннервацией кожи и сегментами спинного мозга также существует точное соотношение. По распределению расстройства чувствительности как при выпадении ее, так и при повышении можно дифференцировать сегментарное поражение от неврального, определить, какой сегмент, корешок или нерв поражен. То же относится и к чувствительности кожи лица. Ядро спинномозгового пути тройничного нерва является гомологом задних рогов. При поражении этого ядра расстройства чувствительности на лице имеют сегментарный характер – так наз. зоны Зельдера (см. Тройничный нерв).

Следует отметить, что указываемые на схемах зоны метамерной иннервации кожи связаны не только с одним сегментом спинного мозга. Обычно каждый дерматомер или миомер иннервируется от основного и от двух соседних — выше- и нижележащего сегментов. Напр., пупочная линия относится к уровню Th10, однако анестезия на этом уровне возникает, когда поражение охватывает не только сегмент Th10 спинного мозга, но частично и Th9 и Th11. Указанная закономерность имеет большое значение при топической диагностике опухоли спинного мозга, дискогенного радикулита, особенно в тех случаях, когда решается вопрос о необходимости хирургического лечения.

Данные М. имеют значение и в диагностике заболеваний внутренних органов. Импульсация боли из пораженного органа через симпатические клетки боковых рогов спинного мозга может распространяться на соматические проводники болевой чувствительности. В результате возникают так наз. отраженные боли в соответствующих дерматомерах и склеромерах (см. Захарьина — Геда зоны).

Библиография: Беклемишев В.Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных, т. 1, с. 176, М., 1964; Бинг Р. Руководство к топической диагностике заболеваний головного и спинного мозга, пер. с нем., М.—Л., 1929; Догель В. А. Олигомеризация гомологичных органов, как один из главных путей эволюции животных, Д., 1954; Ходос X. Г. Нервные болезни, с. 19, М., 1974; Brain W. R. Brain’s diseases of the nervous system, p. 30, Oxford, 1977; Traite de zoologie (anato-mie, systhematique, biologie), publ. par P. P. Grasse, t. 16, P., 1971.

B. H. Павлова; Д. К. Богородинский (невр.).

У животных

У животных зоологи определяют метамерию как мезодермальное событие, приводящее к последовательному повторению единичных подразделений эктодермы и продуктов мезодермы . Эндодерма не участвует в метамерии. Сегментация — это не то же самое понятие, что и метамерия: сегментация может быть ограничена только тканями, происходящими из эктодермы, например, у ленточных червей Cestoda . Метамерия гораздо более важна с биологической точки зрения, поскольку она приводит к образованию метамеров, также называемых сомитами, которые играют решающую роль в продвинутой локомоции .

Метамеризм можно разделить на две основные категории:

• гомономная метамерия — это строгая последовательная последовательность метамеров. Его можно сгруппировать еще в две классификации, известные как псевдометамерия и истинная метамерия. Пример псевдометамерии находится в классе Cestoda . Ленточный червь состоит из множества повторяющихся сегментов — в первую очередь для размножения и обмена основных питательных веществ. Каждый сегмент действует независимо от других, поэтому это не считается истинной метамерией. Другой червь, дождевой червь типа Annelida , может служить примером истинной метамерии. В каждом сегменте червя можно найти повторение органов и мышечной ткани. Что отличает аннелид от цестоды, так это то, что сегменты дождевого червя работают вместе для всего организма. Считается, что сегментация возникла по многим причинам, включая более высокую степень движения. Возьмем, к примеру, дождевого червя: сегментация мышечной ткани позволяет червю двигаться постепенно. Круговые мышцы работают, позволяя сегментам удлиняться один за другим, а продольные мышцы затем работают, чтобы укорачивать удлиненные сегменты. Этот узор продолжается вниз по всей поверхности червя, позволяя ему двигаться по поверхности. Каждый сегмент может работать независимо, но в направлении движения всего червя.
• Гетерономная метамерия — это состояние, при котором метамеры сгруппированы вместе для выполнения схожих задач. Ярким примером этого является голова насекомого (5 метамеров), грудная клетка (3 метамера) и брюшко (11 метамеров, не все различимые у всех насекомых). Процесс, который приводит к группированию метамеров, называется «тагматизацией», и каждая группировка называется тагмой (множественное число: тагматы). У организмов с высоко производными тагматами, таких как насекомые, большая часть метамерии внутри тагмы не может быть тривиально различима. Его, возможно, придется искать в структурах, которые не обязательно отражают сгруппированную метамерную функцию (например, лестничная нервная система или сомиты не отражают унитарную структуру грудной клетки).

Сегменты раков демонстрируют метамеризм

Кроме того, животное может быть классифицировано как «псевдометамерное», что означает, что оно имеет четкую внутреннюю метамерию, но не имеет соответствующей внешней метамерии, как это видно, например, у Monoplacophora .

Люди и другие хордовые являются яркими примерами организмов, у которых метамеры тесно сгруппированы в тагматы. В хордовых метамеры каждой тагмы слиты до такой степени, что непосредственно видны несколько повторяющихся элементов. Чтобы выявить метамерию в тагматах таких организмов, необходимы интенсивные исследования. Примеры обнаруживаемых признаков рудиментарных метамерных структур включают жаберные дуги и черепные нервы .

Некоторые схемы рассматривают концепцию метамерии как один из четырех принципов построения человеческого тела, общих для многих животных, наряду с общей двусторонней симметрией (или зигоморфизмом), пахимеризмом (или тубуляцией ) и стратификацией . Более поздние схемы также включают три других концепции: сегментацию (задуманную как отличную от метамерии), полярность и эндокринозность .

Влияние окружающей среды на метамерное строение

Окружающая среда оказывает значительное влияние на формирование метамерного строения. В первую очередь, это связано с условиями, в которых живет организм. Факторы, такие как температура, влажность, освещение, состав почвы и воздуха, могут способствовать изменениям в развитии организма и его метамерном строении. Например, у некоторых видов насекомых метамерное строение может меняться в зависимости от температуры окружающей среды.

Влияние окружающей среды на метамерное строение также может осуществляться через питание. Пища, которую потребляет организм, содержит различные вещества и компоненты, которые могут влиять на развитие и рост организма. Это может приводить к изменениям в метамерном строении. Например, у растений метамерное строение может изменяться в зависимости от состава почвы и доступных питательных веществ.

Также, влияние окружающей среды на метамерное строение может быть связано с воздействием различных физических и химических факторов. Например, радиация или токсичные вещества могут изменять развитие организма и его метамерное строение.

В целом, взаимодействие организма с окружающей средой играет важную роль в формировании его метамерного строения. Понимание этих взаимосвязей может быть полезным для изучения и анализа различных аспектов эволюции, адаптации и функционирования организмов на Земле.

Филогения

Стробил ленточного червя ( Cestoda ): метамерия отсутствует, но сегментация тела, состоящая из проглоттид, имитирует их внешний вид.

Метамерии эволюционировали независимо как минимум дважды: у первичноротых и у вторичноротых

Поскольку относительно однородная метамерия кольчатых червей, вероятно, подобна предковому метамерному состоянию ( metameria homonoma ), гипотезы о происхождении метамерии часто акцентируют внимание на организации тела этого филума. Кроме того, поскольку большинство кольчатых червей имеют хорошо развитый сегментированный целом, гипотезы о происхождении метамерии и о происхождении целома часто переплетаются.. Применительно к животным с выраженной метамерией принято отличать от омонимичной метамерии гетерономную метамерию , характерную для членистоногих , имеющих структурно дифференцированные метамеры

Кроме того, в омонимическом метамере он используется для различения голометамерных организмов , у которых сомиты почти равны, за исключением двух концов, тогда как среди гетерономов выделяются гетерометамеры , сегменты которых собраны в разные метки друг от друга.

Применительно к животным с выраженной метамерией принято отличать от омонимичной метамерии гетерономную метамерию , характерную для членистоногих , имеющих структурно дифференцированные метамеры. Кроме того, в омонимическом метамере он используется для различения голометамерных организмов , у которых сомиты почти равны, за исключением двух концов, тогда как среди гетерономов выделяются гетерометамеры , сегменты которых собраны в разные метки друг от друга.

Мы находим псевдометамерию, возникшую в результате эволюционной конвергенции у некоторых нецеломатных животных: желточные железы у некоторых турбеллярий и в кутикуле чиноринхов сегментированы лишь поверхностно.

Метамерное строение тела у человека

В первую очередь, метамерное строение тела может быть наблюдено в форме позвонков позвоночника. Человеческий позвоночник состоит из 33-34 позвонков, которые делятся на 5 групп: шейные, грудные, поясничные, крестцовые и копчиковые. Каждая группа позвонков выполняет свою функцию и образует отдельный сегмент тела.

Кроме того, метамерное строение тела проявляется в наличии парных конечностей — рук и ног. Каждая рука и каждая нога состоят из нескольких сегментов: плечевого пояса, предплечья и кисти у руки, тазового пояса, бедра, голени и стопы у ноги. Эта метамерная структура позволяет человеку выполнять различные двигательные функции и обеспечивает ему равновесие и подвижность.

Также, метамерное строение тела проявляется в наличии парных органов, таких как глаза, уши, ноздри и т.д. У каждого из этих органов есть свой сегментарный аппарат, который обеспечивает его функционирование и взаимодействие с внешней средой.

Метамерное строение тела у человека свидетельствует о его эволюционной иерархической структуре и обеспечивает его адаптацию к окружающей среде. Знание об этом строении позволяет лучше понять работу организма и использовать его потенциал для достижения оптимальной функциональности и здоровья.